JP2020519310A - Creation of herbicide resistance gene and its use - Google Patents
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Abstract
CRISPR/Cas9システムによる除草剤耐性植物を創出するための方法が提供される。植物において除草剤耐性を付与することができる内在性遺伝子突然変異部位をスクリーニングするための方法および作物交雑における特定された内在性遺伝子突然変異部位の使用も提供される。 Methods for creating herbicide tolerant plants with the CRISPR/Cas9 system are provided. Also provided are methods for screening endogenous gene mutation sites capable of conferring herbicide resistance in plants and the use of identified endogenous gene mutation sites in crop crosses.
Description
本発明は、植物遺伝子工学の分野に属する。具体的には、本発明は、塩基編集技術によって新規の除草剤耐性植物を創出するための方法、および植物において除草剤耐性を付与することができる内在性遺伝子突然変異をスクリーニングするための方法に関する。本発明は、作物交雑における特定された内在性遺伝子突然変異の使用にも関する。 The present invention belongs to the field of plant genetic engineering. Specifically, the present invention relates to methods for creating new herbicide-tolerant plants by base editing techniques, and methods for screening for endogenous gene mutations that can confer herbicide resistance in plants. .. The invention also relates to the use of identified endogenous gene mutations in crop crosses.
雑草は、作物に対する主な脅威であり、作物の収量および品質に影響するだけでなく、農業上の有害生物および疾患も移す。それゆえ、有効な雑草防除は、農業における高い収量を達成することにとって必須である。伝統的な手作業の除草は、非効率的であり、高いコストをもたらし、したがって、作物の成長中に除草性化学物質を噴霧することに徐々に置き換えられてきた。現在、中国の農業生産において、適用される除草剤の面積および量は、殺虫剤および真菌剤をすでに超過している。 Weeds are a major threat to crops, not only affecting crop yield and quality, but also transferring agricultural pests and diseases. Therefore, effective weed control is essential for achieving high yields in agriculture. Traditional manual weeding is inefficient and results in high costs and has therefore been gradually replaced by spraying herbicidal chemicals during crop growth. Currently, in China's agricultural production, the area and amount of herbicides applied has already exceeded that of pesticides and fungi.
除草剤の作用機序は、3つの区分へと分けることができる。第1は、植物光合成系に関与する酵素を抑制することであり、第2は、アミノ酸または脂肪酸の合成の阻害など、細胞代謝を抑制することであり、第3は、微小管重合の抑制または植物ホルモン系への干渉を含む、細胞成長/分裂を抑制することである。除草剤が抑制する酵素はまた、多くの作物において感受性があり、それゆえ多くの除草剤は、雑草を防除しながら、作物に対する重大な損傷を発生させる可能性がある。それゆえ、除草剤に対する作物の耐性を改善することは大いに意義がある。 The mechanism of action of herbicides can be divided into three categories. The first is to suppress enzymes involved in the plant photosynthesis system, the second is to suppress cell metabolism such as the inhibition of amino acid or fatty acid synthesis, and the third is to inhibit microtubule polymerization or Suppress cell growth/division, including interference with phytohormonal systems. Herbicide-suppressing enzymes are also susceptible in many crops, and therefore many herbicides can cause significant damage to crops while controlling weeds. Therefore, improving crop tolerance to herbicides is of great significance.
除草剤に対する作物耐性を上昇させるための2つの主要な戦略がある。1つは、標的耐性であり、これは、除草剤が酵素の生理活性を有効に抑制することができないように、除草剤によって抑制された酵素が突然変異していることを意味する。この戦略は概して、イミダゾリノン、グリホサート、スルホニル尿素、アトラジンおよびこれらに類するものに対する耐性を包含する。第2は、解毒であり、すなわち、除草剤の迅速な分解を通じて標的酵素の生理学的機能を保護することである。この戦略は概して、植物の内在性P450酵素系ならびに導入遺伝子によるグルホシナート、2,4−D、ジカムバおよびこれらに類するものに対する耐性を包含する。 There are two main strategies for increasing crop tolerance to herbicides. One is target tolerance, which means that the enzyme suppressed by the herbicide is mutated so that the herbicide cannot effectively suppress the physiological activity of the enzyme. This strategy generally involves resistance to imidazolinones, glyphosate, sulfonylureas, atrazine and the like. The second is detoxification, ie the protection of the physiological function of the target enzyme through rapid degradation of the herbicide. This strategy generally involves tolerance to glufosinate, 2,4-D, dicamba and the like by the plant's endogenous P450 enzyme system and transgenes.
植物内で除草剤耐性を達成することに対して、現在2つの異なる技術的アプローチ、すなわち、i)化学的突然変異誘発、放射線突然変異誘発などを含む伝統的な作物交雑、およびii)導入遺伝子、すなわち、関心対象の植物内への除草剤耐性遺伝子の組込みがある。しかしながら、伝統的な交雑農産物によって除草剤耐性突然変異(特に、同じ情報における複数の突然変異)を取得する確率は非常に低く、連関した望ましくない突然変異を生じることが可能である。導入遺伝子技術は、公知の除草剤耐性遺伝子を関心対象の植物内へ導入して、期待される除草剤耐性を付与することしかできない。 Two different technological approaches to achieving herbicide tolerance in plants are currently two distinct technological approaches: i) traditional crop crosses including chemical mutagenesis, radiation mutagenesis, and ii) transgenes. That is, there is the integration of the herbicide resistance gene into the plant of interest. However, the probability of acquiring herbicide resistance mutations (especially multiple mutations in the same information) by traditional cross produce is very low and it is possible to produce linked unwanted mutations. Transgene technology can only introduce known herbicide resistance genes into plants of interest to confer the expected herbicide resistance.
除草剤耐性植物および新たな除草剤耐性遺伝子を取得するためのより単純な、かつより効率的な方法について、当技術分野において必要性がなおもある。 There is still a need in the art for simpler and more efficient methods for obtaining herbicide tolerant plants and new herbicide tolerant genes.
I.定義
本発明において、特に示されていない限り、本明細書で使用される科学用語および技術用語は、当業者によって通常理解される意味を指す。また、タンパク質およびヌクレオチドの化学、分子生物学、細胞および組織の培養、微生物学、免疫学に関する本明細書で使用する用語および実験手順はすべて、当技術分野で概して使用される用語および従来方法に属する。例えば、本明細書で使用される標準的なDNA組換えおよび分子クローン化技術は、当業者に周知であり、次の参考文献において詳細に説明されている:Sambrook,J.,Fritsch,E.F.and Maniatis,T.,Molecular Cloning:A Laboratory Manual;Cold Spring Harbor Laboratory Press:Cold Spring Harbor,1989(以後、「Sambrook et al」と称する)。その一方で、本発明をより良好に理解するために、関連用語についての定義および説明を以下に提供する。
I. Definitions In the present invention, scientific and technical terms used herein have the meaning commonly understood by one of ordinary skill in the art, unless otherwise indicated. Also, all terms and experimental procedures used herein in relation to protein and nucleotide chemistry, molecular biology, cell and tissue culture, microbiology, immunology are consistent with terms generally used in the art and conventional methods. Belong to For example, standard DNA recombination and molecular cloning techniques used herein are well known to those of skill in the art and are described in detail in the following references: Sambrook, J. et al. Fritsch, E.; F. and Maniatis, T.; , Molecular Cloning: A Laboratory Manual; Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, 1989 (hereinafter referred to as "Sambrook et al"). Meanwhile, in order to better understand the present invention, definitions and explanations for related terms are provided below.
「Cas9ヌクレアーゼ」および「Cas9」は、本明細書で相互交換可能に使用されることができ、RNA特異的ヌクレアーゼ(RNA directed nuclease)と称し、Cas9タンパク質またはその断片(Cas9の活性のあるDNA開裂ドメインおよび/またはCas9のgRNA結合ドメインを含むタンパク質など)を含む。Cas9は、CRISPR/Cas(クラスター化され規則正しく間の空いた短いパリンドロームリピートおよびその関係する系)ゲノム編集システムの構成要素であり、DNA標的配列を標的としかつ開裂させ、ガイドRNAの誘導下でDNA二本鎖切断(DSB)を形成する。 "Cas9 nuclease" and "Cas9" can be used interchangeably herein and are referred to as RNA-directed nucleases, which are Cas9 proteins or fragments thereof (active DNA cleavage of Cas9). Domain and/or a protein containing the gRNA binding domain of Cas9). Cas9 is a component of the CRISPR/Cas (clustered and regularly spaced short palindromic repeats and related systems) genome editing system that targets and cleaves DNA target sequences under the guidance of guide RNAs. Form a DNA double-strand break (DSB).
「ガイドRNA」および「gRNA」は、本明細書で相互交換可能に使用されることができ、典型的には、部分的な相補体を通じて複合体を形成するcrRNA分子およびtracrRNA分子から構成され、crRNAは、ハイブリッド形成のための標的配列と十分相補的であり、かつCRISPR複合体(Cas9+crRNA+tracrRNA)に向かい、標的配列へ特異的に結合する配列を含む。しかしながら、crRNAおよびtracrRNAの両方の特徴を含む一本鎖ガイドRNA(sgRNA)が設計されることができることは当技術分野において公知である。 “Guide RNA” and “gRNA” can be used interchangeably herein and are typically composed of crRNA and tracrRNA molecules that form a complex through a partial complement, The crRNA is sufficiently complementary to the target sequence for hybridization and includes a sequence that is directed toward the CRISPR complex (Cas9+crRNA+tracrRNA) and specifically binds to the target sequence. However, it is known in the art that single-stranded guide RNAs (sgRNAs) can be designed that include the features of both crRNA and tracrRNA.
「デアミナーゼ」は、脱アミノ反応を触媒する酵素を称する。本発明のいくつかの実施形態において、デアミナーゼは、シチジンまたはデオキシシチジンからそれぞれウラシルまたはデオキシウリジンへの脱アミノを触媒するシチジンデアミナーゼを称する。 "Deaminase" refers to an enzyme that catalyzes a deamination reaction. In some embodiments of the invention, deaminase refers to cytidine deaminase that catalyzes the deamination of cytidine or deoxycytidine to uracil or deoxyuridine, respectively.
植物細胞へ適用される場合の「ゲノム」は、核内で認められる染色体DNAだけでなく、細胞の細胞内構成要素(例えば、ミトコンドリア、色素体)内で認められる細胞小器官DNAも包含する。 When applied to plant cells, the "genome" includes not only chromosomal DNA found in the nucleus but also organelle DNA found within intracellular components of the cell (eg, mitochondria, plastids).
本明細書で使用する場合、「植物」という用語には、植物全体および何らかの後代、植物の細胞、組織、または部分が含まれる。「植物部分」という用語には、例えば、種子(成熟種子および未成熟種子を含む)、植物挿木、植物細胞、植物細胞培養物、植物器官(例えば、花粉、胚、花、果実、芽、葉、根、茎および外植片)を含むがこれに限定されない植物の何らかの部分(複数可)が含まれる。植物組織または植物器官は、種子、プロトプラスト、カルス、または構造単位もしくは機能単位へと組織化された植物細胞の何らかの他の群であってもよい。植物の細胞または組織培養物は、細胞または組織が取得された植物の生理学的特徴および形態学的特徴を有する植物を再生することができることがあり、かつ該植物と実質的に同じ遺伝子型を有する植物を再生することができることがある。対照的に、いくつかの植物細胞は、植物を作出するよう再生することができない。植物の細胞または組織培養物における再生可能な細胞は、胚、プロトプラスト、分裂組織的細胞、カルス、花粉、葉、葯、根、根端、シルク、花、仁、穂、穂軸、殻、または柄であってもよい。 As used herein, the term "plant" includes whole plants and any progeny, cells, tissues, or parts of plants. The term “plant part” includes, for example, seeds (including mature seeds and immature seeds), plant cuttings, plant cells, plant cell cultures, plant organs (eg pollen, embryo, flower, fruit, bud, leaf). , Roots, stems and explants), but include any part(s) of the plant. A plant tissue or plant organ may be a seed, protoplast, callus, or some other group of plant cells organized into structural or functional units. The plant cell or tissue culture may be capable of regenerating a plant having the physiological and morphological characteristics of the plant from which the cell or tissue was obtained and has a genotype substantially the same as the plant. Sometimes plants can be regenerated. In contrast, some plant cells are unable to regenerate to produce plants. Regenerable cells in plant cells or tissue culture can be embryos, protoplasts, meristematic cells, callus, pollen, leaves, anthers, roots, root tips, silk, flowers, kernels, cobs, cobs, husks, or It may be a handle.
植物部分には、収穫可能な部分、および後代植物の増殖に有用な部分が含まれる。増殖に有用な植物部分には、例えば、種子、果実、挿木、芽、塊茎、および根茎が含まれるが、これらに限定されない。植物の収穫可能な部分は、例えば、花、花粉、芽、塊茎、葉、茎、果実、種子、および根を含むがこれらに限定されない植物の何らかの有用な部分であってもよい。 Plant parts include harvestable parts and parts useful for the growth of progeny plants. Plant parts useful for propagation include, but are not limited to, for example, seeds, fruits, cuttings, shoots, tubers, and rhizomes. The harvestable part of the plant may be any useful part of the plant including, but not limited to, flowers, pollens, buds, tubers, leaves, stems, fruits, seeds, and roots.
植物細胞とは、植物の構造的かつ生理学的な単位であり、細胞壁を有さないプロトプラスト細胞と細胞壁を有する植物細胞とを含む。植物細胞は、単離された単一の細胞、または細胞の凝集体の形態であってもよく(例えば、脆いカルスおよび培養された細胞)、より高度の組織化された単位(例えば、植物組織、植物器官、および植物)の部分であってもよい。したがって、植物細胞は、プロトプラスト、配偶子産生細胞、または植物全体へと再生することができる細胞もしくは細胞の収集物であってもよい。このように、複数の植物細胞を含み、かつ植物全体へと再生することができる種子は、本明細書では実施形態において、「植物細胞」とみなされる。 A plant cell is a structural and physiological unit of a plant and includes a protoplast cell having no cell wall and a plant cell having a cell wall. Plant cells may be in the form of isolated single cells, or aggregates of cells (eg, fragile callus and cultured cells), and more highly organized units (eg, plant tissue). , Plant organs, and plants). Thus, a plant cell may be a protoplast, a gametogenic cell, or a cell or collection of cells capable of regenerating into a whole plant. Thus, a seed that comprises a plurality of plant cells and is capable of regenerating into a whole plant is herein referred to as a "plant cell" in the embodiments.
「プロトプラスト」という用語は、本明細書で使用される場合、その細胞壁が完全にまたは部分的に除去され、その脂質二重膜がむき出しになった植物細胞を称し、したがって、細胞壁が完全に除去されたプロトプラストと、細胞壁が部分的にしか除去されていないスフェロプラストとを含むが、これらに限定されない。典型的には、プロトプラストとは、細胞培養物または植物全体への再生のための能力を有する、細胞壁を有さない単離された植物細胞である。 The term "protoplast," as used herein, refers to a plant cell whose cell wall has been completely or partially removed, exposing its lipid bilayer membrane, and thus completely removed. Including, but not limited to, protoplasts and spheroplasts in which the cell wall is only partially removed. Typically, protoplasts are isolated plant cells without a cell wall that have the capacity for regeneration into cell culture or whole plants.
植物の「後代」は、植物の何らかのその後の世代を含む。 The "progeny" of a plant includes any subsequent generation of the plant.
「遺伝子改変された植物」には、そのゲノム内に外来性ポリヌクレオチドを含む植物が含まれる。例えば、外来性ポリヌクレオチドは、ゲノム内に安定して組み込まれており、それにより該ポリヌクレオチドは連続的な世代へと伝えられる。外来性ポリヌクレオチドは、単独でまたは組換えDNAコンストラクトの一部としてゲノム内へと組み込まれることができる。改変された遺伝子または発現調節配列は、植物ゲノム内に、該配列が1つ以上のヌクレオチドの置換、欠失、または付加を含むことを意味する。例えば、本発明によって取得された遺伝子改変された植物は、野生型植物(遺伝子改変されていない対応する植物)に対して、1つ以上のCからTへの置換を含有することができる。 A “genetically modified plant” includes a plant that contains an exogenous polynucleotide in its genome. For example, an exogenous polynucleotide has been stably integrated into the genome, thereby transmitting it to successive generations. The exogenous polynucleotide can be integrated into the genome either alone or as part of a recombinant DNA construct. A modified gene or expression control sequence means that the sequence contains one or more nucleotide substitutions, deletions, or additions in the plant genome. For example, the genetically modified plants obtained according to the invention may contain one or more C to T substitutions relative to wild type plants (corresponding plants that are not genetically modified).
配列に関する「外来性の」という用語は、外来種から生じる配列、または同じ種からの場合、人為的なヒト介在による組成および/またはゲノムの遺伝子座におけるその本来の形態から実質的に改変されている配列を意味する。 The term “exogenous” with respect to a sequence is substantially modified from a sequence that originates from an exogenous species, or, if from the same species, an artificial human-mediated composition and/or its native form at a genetic locus. Means an array.
「ポリヌクレオチド」、「核酸配列」、「ヌクレオチド配列」、または「核酸フラグメント」は、合成の非天然ヌクレオチド塩基または変化したヌクレオチド塩基を場合により含有する一本鎖または二本鎖のRNAまたはDNAのポリマーを称するよう相互交換可能に使用される。ヌクレオチド(その5’−一リン酸形態で通常認められる)は、次のように一文字表記によって称される:「A」は、アデニル酸またはデオキシアデニル酸(それぞれ、RNAまたはDNAについて)、「C」は、シチジル酸またはデオキシシチジル酸、「G」は、グアニル酸またはデオキシグアニル酸、「U」は、ウリジル酸、「T」は、デオキシチミジル酸、「R」は、プリン(AまたはG)、「Y」は、ピリミジン(CまたはT)、「K」は、GまたはT、「H」は、AまたはCまたはT、「I」はイノシン、および「N」は何らかのヌクレオチドを表す。 “Polynucleotide”, “nucleic acid sequence”, “nucleotide sequence”, or “nucleic acid fragment” refers to single- or double-stranded RNA or DNA that optionally contains synthetic unnatural or altered nucleotide bases. Used interchangeably to refer to polymer. Nucleotides (usually found in their 5'-monophosphate form) are designated by the one-letter code as follows: "A" stands for adenylate or deoxyadenylate (for RNA or DNA, respectively), "C". "" is cytidylic acid or deoxycytidylic acid, "G" is guanylic acid or deoxyguanylic acid, "U" is uridylic acid, "T" is deoxythymidylic acid, and "R" is purine (A or G ), “Y” represents pyrimidine (C or T), “K” represents G or T, “H” represents A or C or T, “I” represents inosine, and “N” represents any nucleotide.
「ポリペプチド」、「ペプチド」、「アミノ酸配列」および「タンパク質」は、本明細書では相互交換可能に使用されて、アミノ酸残基のポリマーを称する。該用語は、1つ以上のアミノ酸残基が、対応する天然のアミノ酸の人工的な化学的類似体であるアミノ酸ポリマーに、および天然のアミノ酸ポリマーに適用される。「ポリペプチド」、「ペプチド」、「アミノ酸配列」および「タンパク質」という用語は、グルタミン酸残基のグリコシル化、脂質付着、硫酸化、ガンマ−カルボキシル化と、ヒドロキシル化と、ADP−リボシル化とを含むがこれらに限定されない修飾も含む。 “Polypeptide”, “peptide”, “amino acid sequence” and “protein” are used interchangeably herein and refer to a polymer of amino acid residues. The term applies to amino acid polymers in which one or more amino acid residue is an artificial chemical analog of the corresponding naturally occurring amino acid, and to naturally occurring amino acid polymers. The terms “polypeptide”, “peptide”, “amino acid sequence” and “protein” refer to glycosylation, lipid attachment, sulfation, gamma-carboxylation of glutamic acid residues, hydroxylation and ADP-ribosylation. Also included are modifications, including but not limited to.
本明細書で使用する場合、「発現コンストラクト」は、組換えベクターなど、植物における関心対象のヌクレオチド配列の発現に適したベクターを称する。「発現」は、機能的生成物の生成を称する。例えば、ヌクレオチド配列の発現は、ヌクレオチド配列の転写(mRNAまたは機能的RNAを生成するよう転写するなど)および/またはRNAからタンパク質前駆体もしくは成熟タンパク質への翻訳を称することができる。 As used herein, "expression construct" refers to a vector suitable for expressing a nucleotide sequence of interest in a plant, such as a recombinant vector. "Expression" refers to the production of a functional product. For example, expression of a nucleotide sequence can refer to transcription of the nucleotide sequence (such as transcribing to produce mRNA or functional RNA) and/or translation of RNA into protein precursors or mature proteins.
本発明の「発現コンストラクト」は、線状核酸フラグメント、環状プラスミド、ウイルスベクター、またはいくつかの実施形態においては、翻訳されることができるRNA(mRNAなど)であることができる。 The "expression construct" of the present invention can be a linear nucleic acid fragment, a circular plasmid, a viral vector, or in some embodiments, an RNA (such as mRNA) that can be translated.
本発明の「発現コンストラクト」は、異なる源に由来する関心対象の調節配列およびヌクレオチド配列、または同じ源に由来するが、自然界で通常認められるのとは異なる様式で配置された関心対象の調節配列およびヌクレオチド配列を含むことができる。 An "expression construct" of the invention is a regulatory sequence or nucleotide sequence of interest derived from a different source, or a regulatory sequence of interest derived from the same source but arranged in a different manner than normally found in nature. And a nucleotide sequence.
「調節配列」または「調節因子」は、相互交換可能に使用されており、コード配列内の上流(5’非コード配列)、またはコード配列の下流(3’非コード配列)に位置し、かつ転写、RNAのプロセシングもしくは安定性、または関係するコード配列の翻訳に影響するヌクレオチド配列を称する。植物発現調節因子は、植物における転写、RNAのプロセシングもしくは安定性、または関心対象のヌクレオチド配列の翻訳を制御することができるヌクレオチド配列を称する。 “Regulatory sequences” or “regulators” are used interchangeably and are located upstream within the coding sequence (5′ non-coding sequence) or downstream of the coding sequence (3′ non-coding sequence), and Refers to nucleotide sequences that affect transcription, RNA processing or stability, or translation of related coding sequences. A plant expression regulator refers to a nucleotide sequence capable of controlling transcription, RNA processing or stability, or translation of a nucleotide sequence of interest in a plant.
調節配列には、プロモーター、翻訳リーダー配列、イントロン、およびポリアデニル化認識配列が含まれることができるが、これらに限定されない。 Regulatory sequences can include, but are not limited to, promoters, translation leader sequences, introns, and polyadenylation recognition sequences.
「プロモーター」は、別の核酸フラグメントの転写を制御することができる核酸フラグメントを称する。本発明のいくつかの実施形態において、該プロモーターは、その起源が植物細胞由来であろうとなかろうと、植物細胞における遺伝子転写を制御することができるプロモーターである。プロモーターは、構成プロモーターまたは組織特異的プロモーターまたは発生上調節されるプロモーターまたは誘導性プロモーターであることができる。 "Promoter" refers to a nucleic acid fragment capable of controlling the transcription of another nucleic acid fragment. In some embodiments of the invention, the promoter is a promoter capable of controlling gene transcription in a plant cell, whether it originates from a plant cell or not. The promoter can be a constitutive promoter or a tissue-specific promoter or a developmentally regulated promoter or an inducible promoter.
「構成プロモーター」は、たいていの状況におけるたいていの細胞型における遺伝子発現を概して生じるプロモーターを称する。「組織特異的プロモーター」および「組織に好ましいプロモーター」は、相互交換可能に使用され、1つの組織内または器官内で主としてだが必ずしも排他的ではなく発現するが、1つの特異的な細胞内または細胞型内で発現することもできるプロモーターを称する。「発生上調節されるプロモーター」は、発生事象によって活性が決定されるプロモーターを称する。「誘導性プロモーター」は、内在性または外来性の刺激(環境、ホルモン、または化学シグナルなど)に応じて、該プロモーターへ操作可能に連結されたDNA配列を選択的に発現する。 "Constitutive promoter" refers to a promoter that generally causes gene expression in most cell types in most situations. "Tissue-specific promoter" and "tissue-preferred promoter" are used interchangeably and are expressed primarily, but not necessarily exclusively, in one tissue or organ, but in one specific cell or cell. Refers to a promoter that can also be expressed in the mold. "Developmentally regulated promoter" refers to a promoter whose activity is determined by developmental events. An "inducible promoter" selectively expresses a DNA sequence operably linked to the promoter in response to an endogenous or exogenous stimulus (such as environment, hormone, or chemical signal).
本明細書で使用する場合、「操作可能に連結された」という用語は、調節因子(例えば、プロモーター配列、転写終結配列などだがこれらに限定されない)が核酸配列(コード配列またはオープンリーディングフレーム)と会合し、それによりヌクレオチド配列の転写が転写調節因子によって制御および調節されることを意味する。調節因子領域を核酸分子へ操作可能に連結するための技術は、当技術分野において公知である。 As used herein, the term "operably linked" refers to a regulatory element (eg, but not limited to, a promoter sequence, a transcription termination sequence, etc.) that is a nucleic acid sequence (coding sequence or open reading frame). Associated, which means that transcription of the nucleotide sequence is controlled and regulated by the transcriptional regulator. Techniques for operably linking regulatory region to nucleic acid molecules are known in the art.
植物内への核酸分子(プラスミド、線状核酸フラグメント、RNAなど)またはタンパク質の「導入」は、植物細胞を核酸またはタンパク質で形質転換し、それにより核酸またはタンパク質が植物細胞において機能することができることを意味する。本明細書で使用される場合の「形質転換」には、安定した形質転換および一過性の形質転換が含まれる。 “Introduction” of a nucleic acid molecule (plasmid, linear nucleic acid fragment, RNA, etc.) or protein into a plant transforms a plant cell with the nucleic acid or protein so that the nucleic acid or protein can function in the plant cell Means “Transformation” as used herein includes stable transformation and transient transformation.
「安定した形質転換」は、外来性のヌクレオチド配列を植物ゲノム内へと導入して、結果的に遺伝上安定した遺伝を生じることを称する。いったん安定して形質転換されると、外来性核酸配列は、植物およびその何らかの連続した世代のゲノム内へと安定して組み込まれる。 "Stable transformation" refers to the introduction of an exogenous nucleotide sequence into the plant genome, resulting in a genetically stable inheritance. Once stably transformed, the exogenous nucleic acid sequence is stably integrated into the plant and any successive generations of its genome.
「一過性の形質転換」は、植物細胞内へ核酸分子またはタンパク質を導入して、安定した遺伝なしでその機能を実行することを称する。一過性の形質転換において、外来性核酸配列は、植物ゲノム内へ組み込まれることはない。 "Transient transformation" refers to the introduction of nucleic acid molecules or proteins into plant cells to carry out their function without stable inheritance. In transient transformation, the exogenous nucleic acid sequence does not integrate into the plant genome.
II.除草剤耐性植物を作出するための塩基編集システム
本発明は、次の(i)〜(v)、すなわち
i)塩基編集融合タンパク質、およびガイドRNA、
ii)塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列と、ガイドRNAとを含む発現コンストラクト、
iii)塩基編集融合タンパク質、およびガイドRNAをコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクト、
iv)塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクト、およびガイドRNAをコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクト、
v)塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列とガイドRNAをコードするヌクレオチド配列とを含む発現コンストラクト
のうちの少なくとも1つを含む、植物のゲノム内の除草剤耐性関連遺伝子の塩基編集のためのシステムを提供し、ここで、該塩基編集融合タンパク質は、ヌクレアーゼ不活性型CRISPRヌクレアーゼドメイン(ヌクレアーゼ不活性型Cas9ドメインなど)およびデアミナーゼドメインを含有し、該ガイドRNAは、植物ゲノム内の除草剤耐性関連遺伝子における標的配列へ該塩基編集融合タンパク質を向かわせることができる。
II. A base editing system for producing a herbicide-resistant plant The present invention provides the following (i) to (v), i) a base editing fusion protein, and a guide RNA:
ii) an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a base-editing fusion protein and a guide RNA,
iii) a base editing fusion protein, and an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a guide RNA,
iv) an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a base-editing fusion protein, and an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a guide RNA,
v) A system for base editing of a herbicide resistance-related gene in a plant genome, comprising at least one of expression constructs comprising a nucleotide sequence encoding a base editing fusion protein and a nucleotide sequence encoding a guide RNA. Wherein the base editing fusion protein contains a nuclease inactive CRISPR nuclease domain (such as a nuclease inactive Cas9 domain) and a deaminase domain, wherein the guide RNA is associated with herbicide resistance in a plant genome. The base editing fusion protein can be directed to a target sequence in a gene.
除草剤耐性関連遺伝子は、除草剤によって抑制されることができる、植物における重要な生理学的活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。このような除草剤耐性関連遺伝子における突然変異は、除草剤の抑制を逆転させることができ、その生理学的活性を保有することができる。あるいは、除草剤耐性関連遺伝子は、除草剤を分解することができるタンパク質をコードすることができる。このような除草剤と関係する遺伝子の発現を上昇させること、またはその分解活性を増強させることは、除草剤に対する耐性の上昇を結果的に生じることができる。 The herbicide tolerance-related gene may be a gene encoding a protein having important physiological activity in plants that can be suppressed by the herbicide. Mutations in such herbicide tolerance-related genes can reverse the repression of the herbicide and retain its physiological activity. Alternatively, the herbicide tolerance-related gene can encode a protein capable of degrading the herbicide. Increasing the expression of such genes associated with herbicides or enhancing their degradative activity can result in increased tolerance to herbicides.
本発明のいくつかの実施形態において、除草剤耐性関連遺伝子には、PsbA遺伝子(アトラジンなどに対して耐性)、ALS(アセトラクタートシンターゼ)遺伝子(スルホニル尿素、イミダゾリジノンなどに対して耐性)、EPSPS(5−エノールピルビン酸オキサラート−3−リン酸シンターゼ)遺伝子(グリホサートに対して耐性)、ACCアーゼ(アセチル−CoAカルボキシラーゼ)遺伝子(セトキシジムなどに対して耐性)、PPO(プロトポルフィリノーゲンオキシダーゼ)遺伝子(カルフェントラゾン−エチルなどに対して耐性)およびHPPD(p−ヒドロキシフェニルピルビン酸ジオキシゲナーゼ)遺伝子(メソトリオンなどに対して耐性)、PDS(フィトエンデヒドロゲナーゼ)(ジフルフェニカンなどに対して耐性)、GS(グルタミンシンテターゼ)(グルホシナートなどの除草剤の標的)、DOXPS(クロマゾンなどの除草剤の標的)、P450(除草剤の分解に関与)が含まれるが、これらに限定されない。 In some embodiments of the present invention, herbicide resistance-related genes include PsbA gene (resistance to atrazine etc.), ALS (acceptor synthase) gene (resistance to sulfonylurea, imidazolidinone etc.) , EPSPS (5-enolpyruvate oxalate-3-phosphate synthase) gene (resistant to glyphosate), ACCase (acetyl-CoA carboxylase) gene (resistant to setoxydim, etc.), PPO (protoporphyrinogen oxidase) ) Gene (resistant to carfentrazone-ethyl etc.) and HPPD (p-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase) gene (resistant to mesotrione etc.), PDS (phytoene dehydrogenase) (resistant to difluphenican etc.) , GS (glutamine synthetase) (a herbicide target such as glufosinate), DOXPS (a herbicide target such as clomazone), P450 (involved in herbicide degradation), but not limited thereto.
いくつかの実施形態において、ガイドRNAは、配列番号19〜配列番号78のうちの1つ以上を標的とする。 In some embodiments, the guide RNA targets one or more of SEQ ID NO:19-SEQ ID NO:78.
本発明において使用されることができるヌクレアーゼ不活性型CRISPRヌクレアーゼに特に限定することはないが、ただし、gRNAの誘導下での特定のDNAを標的とする性能を保有することを条件とし、例えば、Cas9、Cpf1およびこれらに類するものに由来するヌクレアーゼ不活性型CRISPRヌクレアーゼを使用することができる。ヌクレアーゼ不活性型Cas9ヌクレアーゼが好ましい。 The nuclease inactive CRISPR nuclease that can be used in the present invention is not particularly limited, provided that it has the ability to target a specific DNA under the induction of gRNA, for example, Nuclease inactive CRISPR nucleases derived from Cas9, Cpf1 and the like can be used. Nuclease inactive Cas9 nuclease is preferred.
Cas9ヌクレアーゼのDNA開裂ドメインは、2つのサブドメイン、すなわちHNHヌクレアーゼサブドメインおよびRuvCサブドメインを含有することが公知である。HNHサブドメインは、gRNAに相補的である鎖を開裂するのに対し、RuvCサブドメインは、非相補鎖を開裂する。これらのサブドメインにおける突然変異は、Cas9ヌクレアーゼを不活性化させて、「ヌクレアーゼ不活性型Cas9」を形成することができる。ヌクレアーゼ不活性型Cas9は、gRNAによって命令されるDNA結合性能を保有する。したがって、原則として、追加のタンパク質と融合したとき、ヌクレアーゼ不活性型Cas9は、該追加のタンパク質をほぼいかなるDNA配列に対しても、適切なガイドRNAとの共発現を通じて単純に標的とすることができる。 The DNA cleavage domain of Cas9 nuclease is known to contain two subdomains, the HNH nuclease subdomain and the RuvC subdomain. The HNH subdomain cleaves the strand that is complementary to the gRNA, while the RuvC subdomain cleaves the non-complementary strand. Mutations in these subdomains can inactivate the Cas9 nuclease, forming "nuclease inactive Cas9." Nuclease inactive Cas9 possesses the DNA binding ability dictated by gRNA. Thus, in principle, when fused with an additional protein, nuclease-inactive Cas9 can simply target the additional protein to almost any DNA sequence through co-expression with a suitable guide RNA. it can.
シチジンデアミナーゼは、DNAにおけるシチジン(C)の脱アミノを触媒して、ウラシル(U)を形成することができる。ヌクレアーゼ不活性型Cas9がシチジンデアミナーゼと融合する場合、この融合タンパク質は、ガイドRNAの命令を通じて植物のゲノムにおける標的配列を標的とすることができる。DNA二本鎖は、Cas9ヌクレアーゼ活性の喪失によって開裂されることがないのに対し、融合タンパク質におけるデアミナーゼドメインは、Cas9−ガイドRNA−DNA複合体の形成の間に生じる一本鎖DNAのシチジンからUへと転換することができ、次いで、CからTへの置換は塩基ミスマッチ修復によって達成されることがある。 Cytidine deaminase can catalyze the deamination of cytidine (C) in DNA to form uracil (U). When the nuclease inactive Cas9 is fused to cytidine deaminase, the fusion protein can target a target sequence in the plant genome through the guidance of guide RNAs. The DNA duplex is not cleaved by the loss of Cas9 nuclease activity, whereas the deaminase domain in the fusion protein is derived from cytidine, a single-stranded DNA that forms during the formation of the Cas9-guide RNA-DNA complex. It can be converted to U and then the C to T substitution may be accomplished by base mismatch repair.
それゆえ、本発明のいくつかの実施形態において、このデアミナーゼとは、アポリポタンパク質BmRNA編集複合体(APOBEC)ファミリーデアミナーゼなどのシチジンデアミナーゼである。特に、本明細書で説明するデアミナーゼとは、一本鎖DNAを基質として受け入れることができるデアミナーゼである。 Therefore, in some embodiments of the invention, the deaminase is a cytidine deaminase, such as the apolipoprotein B mRNA editing complex (APOBEC) family deaminase. In particular, the deaminase described herein is a deaminase that can accept single-stranded DNA as a substrate.
本発明において使用することができるシチジンデアミナーゼの例としては、APOBEC1デアミナーゼ、活性化誘導シチジンデアミナーゼ(AID),APOBEC3G、またはCDA1が挙げられるが、これらに限定されない。 Examples of cytidine deaminase that can be used in the present invention include, but are not limited to, APOBEC1 deaminase, activation-induced cytidine deaminase (AID), APOBEC3G, or CDA1.
本発明のいくつかの具体的な実施形態において、シチジンデアミナーゼは、配列番号10または配列番号11の位置9〜位置235において示されるアミノ酸配列を含む。 In some specific embodiments of the invention, the cytidine deaminase comprises the amino acid sequence set forth in position 9 to position 235 of SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 11.
本発明のヌクレアーゼ不活性型Cas9は、異なる種のCas9に由来することができ、例えば、S.pyogenes Cas9(SpCas9、アミノ酸配列は配列番号5に示されている)に由来することができる。SpCas9のHNHヌクレアーゼサブドメインおよびRuvCサブドメインの両方における突然変異(例えば、D10A突然変異およびH840A突然変異を含む)は、ヌクレアーゼ死滅Cas9(dCas9)において結果的に生じるS.pyogenes Cas9ヌクレアーゼを不活性化する。突然変異によるサブドメインのうちの1つの不活性化によって、Cas9がニッカーゼ活性を獲得することができ、すなわち、Cas9ニッカーゼ(nCas9)、例えば、D10A突然変異のみを有するnCas9を結果的に生じる。 The nuclease inactive Cas9 of the present invention can be derived from Cas9 of different species, for example S. Pyogenes Cas9 (SpCas9, the amino acid sequence of which is shown in SEQ ID NO: 5). Mutations in both the HNH nuclease and RuvC subdomains of SpCas9 (including, for example, the D10A and H840A mutations) result in the nuclease-killing Cas9 (dCas9) S. Inactivate the Pyogenes Cas9 nuclease. Inactivation of one of the subdomains by the mutation allows Cas9 to acquire nickase activity, resulting in Cas9 nickase (nCas9), for example nCas9 with only the D10A mutation.
それゆえ、本発明のいくつかの実施形態において、本発明のヌクレアーゼ不活性型Cas9は、野生型Cas9と比較して、アミノ酸置換D10Aおよび/またはH840Aを含む。 Therefore, in some embodiments of the invention, the nuclease inactive Cas9 of the invention comprises amino acid substitutions D10A and/or H840A as compared to wild-type Cas9.
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、本発明のヌクレアーゼ不活性型Cas9は、ニッカーゼ活性を有する。いかなる理論によっても縛られることなく、真核生物のミスマッチ修復は、DNA鎖におけるミスマッチした塩基の除去および修復のために、該DNA鎖上のニックを使用する。シチジンデアミナーゼによって形成されるU:Gミスマッチは、C:Gへと修復されることができる。編集されていないGを含有する鎖の上のニックの導入を通じて、U;Gミスマッチを所望のU:AまたはT:Aに優先的に修復することは可能であることになる。それゆえ、好ましくは、ヌクレアーゼ不活性型Cas9は、Cas9のHNHサブドメインの開裂活性を保有するのに対し、RuvCサブドメインの開裂活性が不活性化されるCas9ニッカーゼである。例えば、ヌクレアーゼ不活性型Cas9は、野生型Cas9と比較してアミノ酸置換D10Aを含有する。 In some preferred embodiments of the invention, the nuclease inactive Cas9 of the invention has nickase activity. Without being bound by any theory, eukaryotic mismatch repair uses nicks on the DNA strand for the removal and repair of mismatched bases in the DNA strand. The U:G mismatch formed by cytidine deaminase can be repaired to C:G. Through the introduction of a nick on the strand containing the unedited G, it would be possible to preferentially repair the U;G mismatch to the desired U:A or T:A. Therefore, preferably, the nuclease inactive Cas9 is a Cas9 nickase in which the cleavage activity of the HNH subdomain of Cas9 is retained, whereas the cleavage activity of the RuvC subdomain is inactivated. For example, nuclease inactive Cas9 contains the amino acid substitution D10A as compared to wild-type Cas9.
本発明のいくつかの実施形態において、ヌクレアーゼ不活性型Cas9は、配列番号6のアミノ酸配列を含む。いくつかの好ましい実施形態において、ヌクレアーゼ不活性型Cas9は、配列番号7のアミノ酸配列を含む。 In some embodiments of the invention, nuclease inactive Cas9 comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO:6. In some preferred embodiments, the nuclease inactive Cas9 comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO:7.
本発明のいくつかの実施形態において、デアミナーゼドメインは、ヌクレアーゼ不活性型Cas9ドメインのN末端へ融合する。いくつかの実施形態において、デアミナーゼドメインは、ヌクレアーゼ不活性型Cas9ドメインのC末端へ融合する。
本発明のいくつかの実施形態において、デアミナーゼドメインおよびヌクレアーゼ不活性型Cas9ドメインは、リンカーを通じて融合する。リンカーは、長さ1〜50(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、または20〜25、25〜50)またはそれより多数のアミノ酸である二次以上の構造を有さない非機能的アミノ酸配列であることができる。例えば、リンカーは、GGGGS、GS、GAP、(GGGGS)×3、GGS、(GGS)×7、およびこれらに類するものなどの可撓性リンカーであってもよい。いくつかの好ましい実施形態において、リンカーは、配列番号8において示されるXTENリンカーである。
In some embodiments of the invention, the deaminase domain is fused to the N-terminus of the nuclease inactive Cas9 domain. In some embodiments, the deaminase domain is fused to the C-terminus of the nuclease inactive Cas9 domain.
In some embodiments of the invention, the deaminase domain and the nuclease inactive Cas9 domain are fused through a linker. The linker has a length of 1 to 50 (for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20). , Or 20 to 25, 25 to 50) or more amino acids, or a non-functional amino acid sequence having no secondary or higher structure. For example, the linker may be a flexible linker such as GGGGS, GS, GAP, (GGGGS)×3, GGS, (GGS)×7, and the like. In some preferred embodiments, the linker is the XTEN linker shown in SEQ ID NO:8.
細胞内で、ウラシルDNAグリコシラーゼは、DNAからのUの除去を触媒し、塩基切除修復(BER)を開始し、このことは結果的にU:GからC:Gへの修復を生じる。それゆえ、いかなる理論的な制限もなく、本発明の塩基編集融合タンパク質または本発明のシステムにおいてウラシルDNAグリコシラーゼ阻害剤を含むことは、塩基編集の効率性を高めることができることになる。 In the cell, uracil DNA glycosylase catalyzes the removal of U from DNA and initiates base excision repair (BER), which results in U:G to C:G repair. Therefore, without any theoretical limitation, the inclusion of a uracil DNA glycosylase inhibitor in the base-editing fusion protein of the present invention or the system of the present invention can increase the efficiency of base-editing.
したがって、本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、ウラシルDNAグリコシラーゼ阻害剤(UGI)をさらに含む。いくつかの実施形態において、ウラシルDNAグリコシラーゼ阻害剤は、配列番号9において明らかにされるアミノ酸配列を含む。 Thus, in some embodiments of the invention, the base editing fusion protein further comprises a uracil DNA glycosylase inhibitor (UGI). In some embodiments, the uracil DNA glycosylase inhibitor comprises the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:9.
本発明のいくつかの実施形態において、本発明の塩基編集融合タンパク質は、核局在配列(NLS)をさらに含む。概して、塩基編集融合タンパク質における1つ以上のNLSは、塩基編集機能に十分な量で、植物細胞の核内での塩基編集融合タンパク質の蓄積を駆動するのに十分な強度を有するべきである。概して、核局在活性の強度は、NLSの数および位置、ならびに塩基編集融合タンパク質において使用される1つ以上の具体的なNLS、またはこれらの組み合わせによって決定される。 In some embodiments of the invention, the base edit fusion protein of the invention further comprises a nuclear localization sequence (NLS). In general, the one or more NLSs in the base-editing fusion protein should be of sufficient strength to drive the accumulation of the base-editing fusion protein in the nucleus of the plant cell in a sufficient amount for the base-editing function. In general, the strength of nuclear localization activity is determined by the number and position of NLS and one or more specific NLS used in the base-editing fusion protein, or a combination thereof.
本発明のいくつかの実施形態において、本発明の塩基編集融合タンパク質のNLSは、N末端および/またはC末端に局在することができる。いくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、またはそれより多数のNLSを含む。いくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、N末端にまたはN末端の近くに約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、またはそれより多数のNLSを含む。いくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、C末端にまたはC末端の近くに約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、またはそれより多数のNLSを含む。いくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、N末端における1つ以上のNLSおよびC末端における1つ以上のNLSなど、これらの組み合わせを含む。1つよりも多くのNLSがある場合、各NLSは、他のNLSとは独立しているものとして選択されることができる。本発明のいくつかの好ましい実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、2つのNLSを含み、例えば、2つのNLSは、それぞれN末端およびC末端に位置する。 In some embodiments of the invention, the NLS of the base edit fusion protein of the invention may be localized at the N-terminus and/or the C-terminus. In some embodiments, the base edit fusion protein comprises about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more NLS. In some embodiments, the base-editing fusion protein has about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or more NLSs at or near the N-terminus. Including. In some embodiments, the base-editing fusion protein has about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or more NLSs at or near the C-terminus. Including. In some embodiments, the base edit fusion protein comprises a combination thereof, such as one or more NLSs at the N-terminus and one or more NLSs at the C-terminus. If there are more than one NLS, each NLS may be selected as independent of the other NLS. In some preferred embodiments of the invention, the base editing fusion protein comprises two NLSs, eg, the two NLSs are located at the N-terminus and the C-terminus, respectively.
概して、NLSは、タンパク質の表面上に曝露された正に帯電したリジンまたはアルギニンの1つ以上の短い配列からなるが、他の種類のNLSも当技術分野で公知である。NLSの非限定例としては、KKRKV(ヌクレオチド配列5’−AAGAAGAGAAAGGTC−3’)、PKKKRKV(ヌクレオチド配列5’−CCCAAGAAGAAGAGGAAGGTG−3’またはCCAAAGAAGAAGAGGAAGGTT)、またはSGGSPKKKRKV(ヌクレオチド配列5’−TCGGGGGGGAGCCCAAAGAAGAAGCGGAAGGTG−3’)が挙げられる。 Generally, NLS consists of one or more short sequences of positively charged lysines or arginines exposed on the surface of proteins, although other types of NLS are also known in the art. Non-limiting examples of NLS include KKRKV (nucleotide sequence 5′-AAGAAGAGAAAAGGTC-3′), PKKKRKV (nucleotide sequence 5′-CCCAAGAAGAAGAGGAAGGTG-3′ or CCAAGAAGAGAGAGAGAGGTGT), or SGGSPGKKAGGAGGAGGAGAGCTGAGGGAGGAGGAGAGGTG (nucleotide sequence 5′-CCCAAGAAGAGAGAGAGGGTT). Can be mentioned.
本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質のN末端は、PKKKRKVによって示されるアミノ酸配列を有するNLSを含む。本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質のC末端は、SGGSPKKKRKVによって示されるアミノ酸配列を有するNLSを含む。 In some embodiments of the invention, the N-terminus of the base edit fusion protein comprises NLS having the amino acid sequence represented by PKKKRKV. In some embodiments of the invention, the C-terminus of the base edit fusion protein comprises NLS having the amino acid sequence represented by SGGSPKKKKRKV.
加えて、本発明の塩基編集融合タンパク質には、編集されることになっているDNAの位置に応じて、細胞質局在配列、葉緑体局在配列、ミトコンドリア局在配列、およびこれらに類するものなど、他の局在配列も含むことができる。 In addition, the base-editing fusion protein of the present invention includes a cytoplasmic localization sequence, a chloroplast localization sequence, a mitochondrial localization sequence, and the like, depending on the position of the DNA to be edited. Other localized sequences can also be included, such as.
本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質は、配列番号10または配列番号11において明らかにされるアミノ酸配列を含む。 In some embodiments of the invention, the base edit fusion protein comprises the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:10 or SEQ ID NO:11.
植物内に効率的な発現を取得するために、本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列は、塩基編集されることになっている植物についてコドンが最適化されている。 In order to obtain efficient expression in plants, in some embodiments of the invention, the nucleotide sequence encoding the base editing fusion protein is codon optimized for the plant to be base edited. ing.
コドンの最適化は、天然のアミノ酸配列を維持しながら、天然の配列の少なくとも1つのコドン(例えば、約1、2、3、4、5、10、15、20、25、50、もしくは約1超、2超、3超、4超、5超、10超、15超、20超、25超、50超、またはそれより多数のコドン)を該宿主細胞の遺伝子においてより頻繁にまたは最も頻繁に使用されるコドンと置き換えることによる、関心対象の宿主細胞内での発現増強のために核酸配列を修飾する方法を称する。種々の種は、特定のアミノ酸のある特定のコドンについて特定のバイアスを呈する。コドンバイアス(生体間でのコドンの使用における差)はしばしば、伝令RNA(mRNA)の翻訳の効率と相関しており、このことは順に、とりわけ、翻訳されるコドンの特性および特定の転移RNA(tRNA)分子の有用性によると考えられている。細胞内での選択されたtRNAの優先性とは概して、ペプチド合成において最も頻繁に使用されるコドンの反映である。したがって、遺伝子は、コドンの最適化に基づく所与の生体内での最適な遺伝子発現について適合することができる。コドンの使用の表は、例えば、www.kazusa.orjp/codon/において入手可能な「Codon Usage Database」において容易に入手可能であり、これらの表は、多くの方法において応用することができる。Nakamura,Y.,et al.“Codon usage tabulated from the international DNA sequence databases: status for the year 2000” Nucl.Acids Res.28:292(2000)を参照されたい。 Codon optimization is performed by maintaining at least one codon of the native sequence (eg, about 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 50, or about 1 while maintaining the native amino acid sequence). More than 2, more than 3, more than 4, more than 5, more than 10, more than 15, more than 20, more than 25, more than 50 or more codons) more frequently or most often in the gene of the host cell. Refers to a method of modifying a nucleic acid sequence for enhanced expression in a host cell of interest by replacing the codons used. Various species exhibit particular biases for certain codons for particular amino acids. Codon bias (difference in codon usage between organisms) is often correlated with the efficiency of translation of messenger RNA (mRNA), which in turn, among other things, is the nature of the translated codon and the particular transfer RNA ( tRNA) molecule. The preference of selected tRNAs in cells is generally a reflection of the most frequently used codons in peptide synthesis. Thus, genes can be tailored for optimal gene expression in a given organism based on codon optimization. A table of codon usage can be found, for example, at www. kazusa. It is readily available in the "Codon Usage Database" available at orjp/codon/, and these tables can be applied in many ways. Nakamura, Y.; , Et al. "Codon usage tabulated from the international DNA sequence databases: status for the year 2000" Nucl. Acids Res. 28:292 (2000).
本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質をコードするコドンの最適化されたヌクレオチド配列は、配列番号12または配列番号13に記載されている。 In some embodiments of the invention, the optimized nucleotide sequence of the codon encoding the base editing fusion protein is set forth in SEQ ID NO:12 or SEQ ID NO:13.
本発明のいくつかの実施形態において、ガイドRNAは、一本鎖ガイドRNA(sgRNA)である。所与の標的配列による適切なsgRNAを構築する方法は、当技術分野で公知である。例えば、Wang,Y.et al.Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew.Nat.Biotechnol.32,947−951(2014)、Shan,Q.et al.Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR−Cas system.Nat.Biotechnol.31,686−688(2013)、Liang,Z.et al.Targeted mutagenesis in Zea mays using TALENs and the CRISPR/Cas system.J Genet Genomics.41,63−68(2014)を参照されたい。 In some embodiments of the invention, the guide RNA is single-stranded guide RNA (sgRNA). Methods of constructing a suitable sgRNA with a given target sequence are known in the art. For example, Wang, Y. et al. Simultaneous editing of three homoalleles in hexaploid bread wheat conference heritable residence to powdery mildew. Nat. Biotechnol. 32, 947-951 (2014), Shan, Q.; et al. Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR-Cas system. Nat. Biotechnol. 31, 686-688 (2013), Liang, Z.; et al. Targeted mutagenesis in Zea mays using TALENs and the CRISPR/Cas system. J Genet Genomics. 41, 63-68 (2014).
本発明のいくつかの実施形態において、塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列および/またはガイドRNAをコードするヌクレオチド配列は、プロモーターなど植物発現調節因子へ操作可能に連結される。 In some embodiments of the invention, a nucleotide sequence encoding a base editing fusion protein and/or a nucleotide sequence encoding a guide RNA is operably linked to a plant expression regulator such as a promoter.
本発明において使用されることができるプロモーターの例としては、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター(Odell et al.(1985)Nature 313: 810−812)、トウモロコシUbi−1プロモーター、コムギU6プロモーター、コメU3プロモーター、トウモロコシU3プロモーター、コメアクチンプロモーター、TrpPro5プロモーター(2005年3月16日出願の米国特許出願公開第10/377,318号明細書)、pEMUプロモーター(Last et al.Theor.Appl.Genet.81:581−588)、MASプロモーター(Velten et al.(1984)EMBO J.3:2723−2730)、トウモロコシH3ヒストンプロモーター(Lepetit et al.Mol.Gen.Genet.231:276−285およびAtanassova et al.(1992)Plant J.2(3):291−300)、およびBrassica napus ALS3(PCT出願国際公開第97/41228号)プロモーターが挙げられるが、これらに限定されない。本発明において使用されることのできるプロモーターには、Moore et al.(2006)Plant J.45(4):651−683において総説されているような共通して使用される組織特異的プロモーターも含まれる。 Examples of promoters that can be used in the present invention include cauliflower mosaic virus 35S promoter (Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812), maize Ubi-1 promoter, wheat U6 promoter, rice U3 promoter, Maize U3 promoter, rice actin promoter, TrpPro5 promoter (US Patent Application Publication No. 10/377,318 filed on Mar. 16, 2005), pEMU promoter (Last et al. Theor. Appl. Genet. 81:581). -588), MAS promoter (Velten et al. (1984) EMBO J. 3:2723-2730), maize H3 histone promoter (Lepetit et al. Mol. Gen. Genet. 231:276-285 and Atanasova et al. 1992) Plant J. 2(3):291-300), and Brassica napus ALS3 (PCT application WO 97/41228) promoters, but are not limited thereto. Promoters that can be used in the present invention include Moore et al. (2006) Plant J. Also included are commonly used tissue-specific promoters as reviewed in 45(4):651-683.
III.塩基編集によって除草剤耐性植物を作出するための方法
別の態様において、本発明は、除草剤耐性植物へ、該植物のゲノム内で除草剤耐性関連遺伝子を塩基編集するための本発明のシステムを導入し、それによりガイドRNAが該植物内で除草剤耐性関連遺伝子の標的配列への塩基編集融合タンパク質を標的とし、結果的に、標的配列において1つ以上のヌクレオチド置換を生じることを含む、該植物を作出するための方法を提供する。
III. Method for Making a Herbicide Tolerant Plant by Base Editing In another aspect, the invention provides a system of the invention for base editing a herbicide resistance-related gene into a herbicide resistant plant, within the genome of the plant. Introducing a base RNA that targets a base-editing fusion protein within the plant to a target sequence of a herbicide resistance-related gene, resulting in one or more nucleotide substitutions in the target sequence. Provide a method for producing plants.
いくつかの実施形態において、該方法は、除草剤耐性について植物をスクリーニングする工程をさらに含む。 In some embodiments, the method further comprises screening the plants for herbicide resistance.
いくつかの実施形態において、除草剤耐性関連遺伝子は、除草剤耐性関連タンパク質をコードする。本発明のいくつかの実施形態において、除草剤耐性関連タンパク質には、PsbA(アトラジンなどに対して耐性)、ALS(スルホニル尿素、イミダゾリジノンなどに対して耐性)、EPSPS(グリホサートに対して耐性)、ACCアーゼ(セトキシジムなどに対して耐性)、PPO(カルフェントラゾン−エチルなどに対して耐性)およびHPPD(メソトリオンなどに対して耐性)、PDS(ジフルフェニカンなどに対して耐性)、GS(グルホシナートなどの除草剤の標的)、DOXPS(クロマゾンなどの除草剤の標的)、P450(除草剤の分解に関与)が含まれるが、これらに限定されない。 In some embodiments, the herbicide tolerance associated gene encodes a herbicide tolerance associated protein. In some embodiments of the present invention, the herbicide tolerance-related proteins include PsbA (tolerant to atrazine, etc.), ALS (tolerant to sulfonylurea, imidazolidinone, etc.), EPSPS (tolerant to glyphosate). ), ACCase (resistant to cetoxidim, etc.), PPO (resistant to carfentrazone-ethyl, etc.) and HPPD (resistant to mesotrione, etc.), PDS (resistant to difluphenican, etc.), GS ( Herbicide targets such as glufosinate), DOXPS (herbicide targets such as clomazone), P450 (involved in herbicide degradation), but are not limited thereto.
いくつかの実施形態において、ヌクレオチド置換とは、CからTへの置換である。いくつかの実施形態において、ヌクレオチド置換とは、CからAへの置換またはCからGへの置換である。いくつかの実施形態において、発現調節領域など、除草剤耐性遺伝子における非コード領域内に位置するヌクレオチド置換である。いくつかの実施形態において、ヌクレオチド置換は、遺伝子によってコードされる除草剤耐性タンパク質におけるアミノ酸置換を結果的に生じる。いくつかの実施形態において、ヌクレオチド置換および/またはアミノ酸置換は、除草剤耐性を植物に付与する。 In some embodiments, the nucleotide substitution is a C to T substitution. In some embodiments, the nucleotide substitution is a C to A substitution or a C to G substitution. In some embodiments, a nucleotide substitution located within a non-coding region in a herbicide resistance gene, such as an expression control region. In some embodiments, the nucleotide substitution results in an amino acid substitution in the herbicide tolerance protein encoded by the gene. In some embodiments, the nucleotide and/or amino acid substitutions confer herbicide tolerance to the plant.
本発明のいくつかの実施形態において、除草剤耐性を植物に付与するヌクレオチド置換および/またはアミノ酸置換は、除草剤耐性関連遺伝子において除草剤耐性を植物に付与する何らかの公知の置換であってもよい。本発明の方法によって、除草剤耐性を付与することのできる単一の突然変異、二重突然変異または多重突然変異は、導入遺伝子の必要性なく、生体内原位置で植物において創出されることができる。突然変異は、当技術分野で公知であってもよく、または本発明の方法によって新たに特定されていてもよい。 In some embodiments of the invention, the nucleotide and/or amino acid substitutions that confer herbicide tolerance to the plant may be any known substitution in the herbicide tolerance related gene that confer herbicide tolerance to the plant. .. By the method of the invention, single mutations, double mutations or multiple mutations capable of conferring herbicide tolerance can be created in plants in situ without the need for a transgene. it can. Mutations may be known in the art or may be newly identified by the methods of the invention.
本発明は、本発明の塩基編集方法によって植物においてALS遺伝子を修飾し、その結果として、除草剤耐性を植物に付与するALSにおける1つ以上のアミノ酸の突然変異を生じることを含む、除草剤耐性植物を作出するための方法を提供する。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、A122T、P197S、P197L、P197F、R198C、D204N、A205T、D204N+A205T、G654K、G655D、G655S、G655N、G654K+G655D、G654K+G655S、G654K+G655N、G659N、P197S、P197L、P197F、D204N、A205T、D204N+A205T、G654D、G654S、G654N、G655D、G655S、G655N、G654D+G655D、G654D+G655S、G654D+G655N、G654S+G655D、G654S+G655S、G654S+G655N、G654N+G655D、G654N+G655S、G654N+G655N、A122T、またはこれらの何らかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号2(シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)(Genbank受入番号NP_190425)におけるALSのアミノ酸配列)を参照する。いくつかの具体的な実施形態において、アミノ酸の突然変異は、P197A、P197F、P197S、P197Y、P197F+R198C、G654E+G655S、G654K+G655S、G654E+G659N、P197F+G654E+G655S、またはこれらの何らかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号2(シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)(Genbank受入番号NP_190425)におけるALSのアミノ酸配列)を参照する。 The present invention relates to herbicide resistance, which comprises modifying the ALS gene in a plant by the base editing method of the present invention, resulting in a mutation of one or more amino acids in ALS that confers herbicide resistance to the plant. Provide a method for producing plants. In some embodiments, the amino acid mutations are A122T, P197S, P197L, P197F, R198C, D204N, A205T, D204N+A205T, G654K, G655D, G655S, G655N, G654K+G655D, G654K+G655S65,N195P5G19G, P654N, G654K, P195N, G654K, P195N. , D204N, A205T, D204N + A205T, G654D, G654S, G654N, G655D, G655S, G655N, G654D + G655D, G654D + G655S, G654D + G655N, G654S + G655D, G654S + G655S, G654S + G655N, G654N + G655D, G654N + G655S, G654N + G655N, selected from A122T or some combination thereof, wherein For the amino acid position, refer to SEQ ID NO: 2 (the amino acid sequence of ALS in Arabidopsis thaliana (Genbank accession number NP — 190425)). In some specific embodiments, the amino acid mutations are selected from P197A, P197F, P197S, P197Y, P197F+R198C, G654E+G655S, G654K+G655S, G654E+G659N, P197F+G654E+G655S, or any combination thereof at these positions. , SEQ ID NO: 2 (amino acid sequence of ALS in Arabidopsis thaliana (Genbank accession number NP — 190425)).
したがって、いくつかの実施形態において、ガイドRNAは、A122、P197、R198、D204、A205、G654、G655、G659、またはこれらの何らかの組み合わせからなる群から選択されるアミノ酸(複数可)をコードする配列を含む標的配列を標的とし、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号2(シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)(Genbank受入番号NP_190425)におけるALSのアミノ酸配列)を参照する。 Thus, in some embodiments, the guide RNA is a sequence encoding an amino acid(s) selected from the group consisting of A122, P197, R198, D204, A205, G654, G655, G659, or any combination thereof. Is targeted to the amino acid position where SEQ ID NO: 2 (amino acid sequence of ALS in Arabidopsis thaliana (Genbank accession number NP — 190425)) is referenced.
いくつかの実施形態において、ALSとは、コメALSであり、かつその野生型配列は、配列番号16に示されている。いくつかの実施形態において、ALSとは、コムギALSであり、かつその野生型配列は、配列番号17に示されている(部分的配列)(genbank ID:AAO53548.1)。 In some embodiments, the ALS is rice ALS and its wild type sequence is set forth in SEQ ID NO:16. In some embodiments, the ALS is wheat ALS and its wild-type sequence is set forth in SEQ ID NO:17 (partial sequence) (genbank ID: AAO53548.1).
本発明は、本発明の塩基編集方法によって植物においてPsbA遺伝子を修飾し、その結果として除草剤耐性を植物に付与するPsbAにおける1つ以上のアミノ酸の突然変異を生じることを含む、除草剤耐性植物を作出するための方法を提供する。 The present invention includes a herbicide-tolerant plant comprising modifying the PsbA gene in a plant by the base editing method of the present invention, resulting in a mutation of one or more amino acids in PsbA conferring herbicide resistance to the plant. Provide a way to create.
本発明は、本発明の塩基編集方法によって植物においてEPSPS遺伝子を修飾し、その結果として除草剤耐性を植物に付与するEPSPSにおける1つ以上のアミノ酸の突然変異を生じることを含む、除草剤耐性植物を作出するための方法を提供する。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、T102I、A103V、T102I+A103Vからなる群から選択され、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号4を参照する(コムギAゲノムEPSPSアミノ酸配列(GenBank受入番号ALK27163))。 The present invention comprises a herbicide-tolerant plant comprising modifying the EPSPS gene in a plant by the base editing method of the present invention, resulting in a mutation of one or more amino acids in EPSPS that confers herbicide resistance to the plant. Provide a way to create. In some embodiments, the amino acid mutation is selected from the group consisting of T102I, A103V, T102I+A103V, wherein the amino acid position refers to SEQ ID NO:4 (Wheat A Genome EPSPS Amino Acid Sequence (GenBank Accession No. ALK27163)).
それゆえ、いくつかの実施形態において、ガイドRNAは、T102および/またはA103からなる群から選択されるアミノ酸(複数可)をコードする配列を含む標的配列を標的とし、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号4を参照する。 Therefore, in some embodiments, the guide RNA targets a target sequence comprising a sequence encoding amino acid(s) selected from the group consisting of T102 and/or A103, wherein the amino acid position is , SEQ ID NO:4.
本発明は、本発明の塩基編集方法によって植物においてACCアーゼ遺伝子を修飾し、その結果として除草剤耐性を植物に付与するACCアーゼにおける1つ以上のアミノ酸の突然変異を生じることを含む、除草剤耐性植物を作出するための方法を提供する。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、S1768F、R1793K、A1794T、R1793K+A1794T、R1825H、D1827N、R1825H+D1827N、L1815F、A1816V、R1817終止、L1815F+R1817終止、A1816V+R1817終止、L1815F+A1816V、L1815F、A1816V、+R1817終止、A1837V、G1854D、G1855D、G1855S、G1854N、G1854D+G1855D、G1854D+G1855S、G1854D+G1855N、D1971N、D1972N、D1971N+D1972N、G1983D、P1993S、P1993L、P1993F、R1994C、P1993S+R1994C、P1993L+R1994C、P1993F+R1994C、S2003F、A2004V、T2005I、S2003F+A2004V、S2003F+T2005I、A2004V+T2005I、T2007I、A2008V、T2007I+A2008V、R2028K、W2027C、G2029D、G2029S、G2029N、R2028K+G2029D、R2028K+G2029S、R2028K+G2029N、T2047I、R2070Q、G2071R、R2070Q+G2071R、A2090T、E2091K、A2090T+E2091K、A2090V、E2106K、S2119N、R2220Q、S2119N+R2220Q、A1813V、R1793K、A1794T、R1793K+A1794T、E1796K、E1797K、E1796K+E1797K、T1800M、L1801F、T1800M+L1801F、A1813V、G1854D、G1854S、G1854N、G1855D、G1855S、G1855N、G1854D+G1855D、G1854D+G1855S、G1854D+G1855N、G1854S+G1855D、G1854S+G1855S、G1854S+G1855N、G1854N+G1855D、G1854N+G1855S、G1854N+G1855N、S1849F、H1850Y、S1849F+H1850Y、D1874N、D1875N、D1874N+D1875N、R2028K、G2029D、G2029S、G2029N、R2028K+G2029D、R2028K+G2029S、R2028K+G2029N、L2024F、T2047I、R2070C、A2090V、G1983D、E1989K、R1990Q、E1989K+R1990Q、P1993S、P1993L、P1993F、R1994C、P1993S+R1994C、P1993L+R1994C、P1993F+R1994C、T2007I、A2008V、T2007I+A2008V、S2003L、A2004V、T2005I、S2003L+A2004V、S2003L+T2005I、A2004V+T2005I、S2003L、A2004V+T2005I、L2099F、E2106K、R2220K、G2119D、R2220K+G2119D、またはこれらの何らかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号1を参照する(ノスズメノテッポウ(Alopecurus myosuroides)ACCアーゼアミノ酸配列(GenBank受入番号CAC84161.1))。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、W2027C、W2027C+R2028Kから選択され、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号1を参照する(ノスズメノテッポウ(Alopecurus myosuroides)ACCアーゼアミノ酸配列(GenBank受入番号CAC84161.1))。 The present invention comprises the modification of the ACCase gene in plants by the base editing method of the present invention, resulting in a mutation of one or more amino acids in the ACCase that confers herbicide resistance to the plant. Provide a method for producing resistant plants. In some embodiments, the amino acid mutations are S1768F, R1793K, A1794T, R1793K+A1794T, R1825H, D1827N, R1825H+D1827N, L1815F, A1816V, R1817stop, L1815F37R17+17+18,18+18,18A18,18A18,18A16,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18A18 , G1854D, G1855D, G1855S, G1854N, G1854D + G1855D, G1854D + G1855S, G1854D + G1855N, D1971N, D1972N, D1971N + D1972N, G1983D, P1993S, P1993L, P1993F, R1994C, P1993S + R1994C, P1993L + R1994C, P1993F + R1994C, S2003F, A2004V, T2005I, S2003F + A2004V, S2003F + T2005I, A2004V + T2005I, T2007I , A2008V, T2007I + A2008V, R2028K, W2027C, G2029D, G2029S, G2029N, R2028K + G2029D, R2028K + G2029S, R2028K + G2029N, T2047I, R2070Q, G2071R, R2070Q + G2071R, A2090T, E2091K, A2090T + E2091K, A2090V, E2106K, S2119N, R2220Q, S2119N + R2220Q, A1813V, R1793K, A1794T , R1793K + A1794T, E1796K, E1797K, E1796K + E1797K, T1800M, L1801F, T1800M + L1801F, A1813V, G1854D, G1854S, G1854N, G1855D, G1855S, G1855N, G1854D + G1855D, G1854D + G1855S, G1854D + G1855N, G1854S + G1855D, G1854S + G1855S, G1854S + G1855N, G1854N + G1855D, G1854N + G1855S, G1854N + G1855N, S1849F, H1850Y , S1849F+H1850Y, D1874N, D1875N, D1874N+D1875N, R2028K, G2029D, G2029S, G2029N, R2028K+G2029D, R202 8K + G2029S, R2028K + G2029N, L2024F, T2047I, R2070C, A2090V, G1983D, E1989K, R1990Q, E1989K + R1990Q, P1993S, P1993L, P1993F, R1994C, P1993S + R1994C, P1993L + R1994C, P1993F + R1994C, T2007I, A2008V, T2007I + A2008V, S2003L, A2004V, T2005I, S2003L + A2004V, S2003L + T2005I, A2004V+T2005I, S2003L, A2004V+T2005I, L2099F, E2106K, R2220K, G2119D, R2220K+G2119D, or any combination thereof, wherein the amino acid position refers to SEQ ID NO: 1 (Nosmenotepoucus amino acid sequence) (GenBank accession number CAC84161.1)). In some embodiments, the amino acid mutation is selected from W2027C, W2027C+R2028K, wherein the amino acid position refers to SEQ ID NO: 1 (Alopecurus myosuroides ACCase amino acid sequence (GenBank Accession No. CAC84161). .1)).
それゆえ、いくつかの実施形態において、ガイドRNAは、S1768、R1793、A1794、R1825、D1827、L1815、A1816、R1817、A1837、G1854、G1855、D1971、D1972、G1983、P1993、R1994、S2003、A2004、T2005、T2007、A2008、R2028、G2029、T2047、R2070、G2071、A2090、E2091、E2106、S2119、R2220、A1813、E1796、E1797、T1800、L1801、S1849、H1850、D1874、D1875、L2024、E1989、R1990、L2099、またはこれらの何らかの組み合わせからなる群から選択されるアミノ酸(複数可)をコードする配列を含む標的配列を標的とし、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号1を参照する。 Therefore, in some embodiments, the guide RNA is S1768, R1793, A1794, R1825, D1827, L1815, A1816, R1817, A1837, G1854, G1855, D1971, D1972, G1983, P1993, R1994, S2003, A2004,. T2005, T2007, A2008, R2028, G2029, T2047, R2070, G2071, A2020, E2091, E2106, S2119, R2220, A1813, E1796, E1797, T1800, L1801, S1849, H1850, D1874, D1875, L2020, R1989, E1989. Targets a target sequence comprising a sequence encoding an amino acid(s) selected from the group consisting of L2099, or any combination thereof, where the amino acid position refers to SEQ ID NO:1.
いくつかの実施形態において、ACCアーゼとは、コメACCアーゼであり、かつその野生型配列は、配列番号14に示されている(genbank ID:B9FK36)。いくつかの実施形態において、ACCアーゼとは、コムギACCアーゼであり、その野生型配列は、配列番号15に示されている(genbank ID:ACD46684.1)。 In some embodiments, the ACCase is a rice ACCase and its wild-type sequence is set forth in SEQ ID NO:14 (genbank ID:B9FK36). In some embodiments, the ACCase is a wheat ACCase, the wild type sequence of which is shown in SEQ ID NO: 15 (genbank ID: ACD46684.1).
本発明は、本発明の塩基編集方法によって植物においてPPO遺伝子を修飾し、その結果として除草剤耐性を植物に付与するPPOにおいて1つ以上のアミノ酸の突然変異を生じることを含む、除草剤耐性植物を作出するための方法を提供する。 The present invention relates to a herbicide-tolerant plant, which comprises modifying the PPO gene in a plant by the base editing method of the present invention, resulting in a mutation of one or more amino acids in PPO, which confers herbicide resistance to the plant. Provide a way to create.
本発明は、本発明の塩基編集方法によって植物においてHPPD遺伝子を修飾し、その結果として除草剤耐性を植物に付与するHPPDにおいて1つ以上のアミノ酸の突然変異を生じることを含む、除草剤耐性植物を作出するための方法を提供する。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、P277S、P277L、V364M、C413Y、G414D、G414S、G414N、G415E、G415R、G415K、G414D+G415E、G414D+G415R、G414D+G415K、G414S+G415E、G414S+G415R、G414S+G415K、G414N+G415E、G414N+G415R、G414N+G415K、C413Y+G415E、C413Y+G415R、C413Y+G415K、C413Y+G414D、C413Y+G414S、C413Y+G414N、C413Y+G414D+G415E、C413Y+G414D+G415R、C413Y+G414D+G415K、C413Y+G414S+G415E、C413Y+G414S+G415R、C413Y+G414S+G415K、C413Y+G414N+G415E、C413Y+G414N+G415R、C413Y+G414N+G415K、P277S、P277L、V366I、C413Y、G414D、G414S、G414N、G415E、G415R、G415K、G414D+G415E、G414D+G415R、G414D+G415K、G414S+G415E、G414S+G415R、G414S+G415K、G414N+G415E、G414N+G415R、G414N+G415K、C413Y+G415E、C413Y+G415R、C413Y+G415K、C413Y+G414D、C413Y+G414S、C413Y+G414N、C413Y+G414D+G415E、C413Y+G414D+G415R、C413Y+G414D+G415K、C413Y+G414S+G415E、C413Y+G414S+G415R、C413Y+G414S+G415K、C413Y+G414N+G415E、C413Y+G414N+G415R、C413Y+G414N+G415K、またはこれらの何らかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号3を参照する(コメHPPDアミノ酸配列(Genbank受入番号XP_015626163))。 The present invention comprises a herbicide-tolerant plant comprising modifying the HPPD gene in a plant by the base editing method of the present invention, resulting in a mutation of one or more amino acids in the HPPD, which confers herbicide resistance to the plant. Provide a way to create. In some embodiments, the mutation of amino acids, P277S, P277L, V364M, C413Y, G414D, G414S, G414N, G415E, G415R, G415K, G414D + G415E, G414D + G415R, G414D + G415K, G414S + G415E, G414S + G415R, G414S + G415K, G414N + G415E, G414N + G415R, G414N + G415K , C413Y + G415E, C413Y + G415R, C413Y + G415K, C413Y + G414D, C413Y + G414S, C413Y + G414N, C413Y + G414D + G415E, C413Y + G414D + G415R, C413Y + G414D + G415K, C413Y + G414S + G415E, C413Y + G414S + G415R, C413Y + G414S + G415K, C413Y + G414N + G415E, C413Y + G414N + G415R, C413Y + G414N + G415K, P277S, P277L, V366I, C413Y, G414D, G414S, G414N, G415E, G415R, G415K , G414D + G415E, G414D + G415R, G414D + G415K, G414S + G415E, G414S + G415R, G414S + G415K, G414N + G415E, G414N + G415R, G414N + G415K, C413Y + G415E, C413Y + G415R, C413Y + G415K, C413Y + G414D, C413Y + G414S, C413Y + G414N, C413Y + G414D + G415E, C413Y + G414D + G415R, C413Y + G414D + G415K, C413Y + G414S + G415E, C413Y + G414S + G415R, C413Y + G414S + G415K, C413Y + G414N + G415E, C413Y + G414N + G415R, C413Y + G414N + G415K or, Selected from any combination of these, where the amino acid position refers to SEQ ID NO: 3 (Rice HPPD amino acid sequence (Genbank Accession No. XP — 015626163)).
したがって、いくつかの実施形態において、ガイドRNAは、P277、V364、C413、G414、G415、V366、またはこれらの何らかの組み合わせからなる群から選択されるアミノ酸(複数可)をコードする配列を含む標的配列を標的とし、ここで、アミノ酸の位置は、配列番号3を参照する。 Thus, in some embodiments, the guide RNA is a target sequence comprising a sequence encoding amino acid(s) selected from the group consisting of P277, V364, C413, G414, G415, V366, or any combination thereof. Where the amino acid position is referenced to SEQ ID NO:3.
Cas9とガイドRNAとの複合体によって認識されかつ標的とされ得る標的配列の設計は、当業者の工業的な技能のうちである。概して、標的配列とは、ガイドRNAにおいて含まれる約20個のヌクレオチドのリーダー配列に相補的である配列であり、その3’末端は、プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)であるNGGのすぐ隣にある。 The design of target sequences that can be recognized and targeted by the Cas9-guide RNA complex is within the industrial skill of those skilled in the art. In general, the target sequence is the sequence that is complementary to the approximately 20 nucleotide leader sequence contained in the guide RNA, the 3'end of which is immediately adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) NGG. ..
例えば、本発明のいくつかの実施形態において、標的配列は、構造5’−NX−NGG−3’を有し、式中、Nは、A、G、C、およびTから独立して選択され、Xは、14≦X≦30の整数であり、NXは、X個の連続したヌクレオチドを表し、かつNGGは、PAM配列である。本発明のいくつかの具体的な実施形態において、Xは20である。 For example, in some embodiments of the present invention, the target sequence has the structure 5′-N X -NGG-3′, where N is independently selected from A, G, C, and T. X is an integer 14≦X≦30, N X represents X consecutive nucleotides, and NGG is a PAM sequence. In some specific embodiments of the invention X is 20.
いくつかの実施形態において、ガイドRNAは、配列番号19〜配列番号78のうちの1つ以上を標的とする。 In some embodiments, the guide RNA targets one or more of SEQ ID NO:19-SEQ ID NO:78.
本発明の塩基編集システムは、植物における広範な脱アミノウィンドウ、例えば、長さ7ヌクレオチドの脱アミノウィンドウを有する。本発明の方法のいくつかの実施形態において、標的配列の位置3〜位置9内の1個以上のC塩基は、Tと置換される。例えば、存在する場合、標的配列における位置3〜位置9内のいずれか1個、2個、3個、4個、5個、6個、または7個のCは、Tと置き換えられることができる。例えば、標的配列の位置3〜位置9内に4個のCがある場合、いずれか1個、2個、3個、4個のCがTによって置き換えられることができる。C塩基は、連続していてもよく、または他のヌクレオチドによって分離されていてもよい。それゆえ、標的配列において複数のCがある場合、種々の突然変異の組み合わせは、本発明の方法によって取得されることができる。 The base editing system of the present invention has a broad deamination window in plants, for example, a 7 nucleotide long deamination window. In some embodiments of the methods of the invention, one or more C bases at positions 3-9 of the target sequence are replaced with T. For example, any one, two, three, four, five, six, or seven Cs in positions 3-9 in the target sequence, if present, can be replaced with T. .. For example, if there are 4 Cs in positions 3-9 of the target sequence, any 1, 2, 3, 4 Cs can be replaced by T. The C bases may be contiguous or separated by other nucleotides. Therefore, when there is more than one C in the target sequence, different mutation combinations can be obtained by the method of the invention.
本発明の方法のいくつかの実施形態において、所望のヌクレオチド置換を有する植物をスクリーニングすることをさらに含む。植物におけるヌクレオチド置換は、T7EI、PCR/REまたは配列決定方法によって検出されることができ、例えば、Shan,Q.,Wang,Y.,Li,J.& Gao,C.Genome editing in rice and wheat using the CRISPR/Cas system.Nat.Protoc.9,2395−2410(2014)を参照されたい。 In some embodiments of the methods of the present invention, further comprising screening plants with the desired nucleotide substitutions. Nucleotide substitutions in plants can be detected by T7EI, PCR/RE or sequencing methods, see, for example, Shan, Q. et al. Wang, Y.; Li, J.; & Gao, C.C. Genome editing in rice and where using the CRISPR/Cas system. Nat. Protoc. 9, 2395-2410 (2014).
本発明の方法において、塩基編集システムは、当業者に周知の種々の方法によって植物内へと導入されることができる。本発明の塩基編集システムを植物内へと導入するために使用されることのできる方法には、粒子衝撃、PEG仲介性プロトプラスト形質転換、アグロバクテリウム(Agrobacterium)媒介性形質転換、植物ウイルス媒介性形質転換、花粉管アプローチ、および子房注入アプローチが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、塩基編集システムは、一過性形質転換によって植物内へと導入される。 In the method of the present invention, the base editing system can be introduced into a plant by various methods well known to those skilled in the art. Methods that can be used to introduce the base editing system of the present invention into plants include particle bombardment, PEG-mediated protoplast transformation, Agrobacterium-mediated transformation, plant virus-mediated Includes, but is not limited to, transformation, pollen tube approach, and ovary injection approach. In some embodiments, the base editing system is introduced into plants by transient transformation.
本発明の方法において、標的配列の修飾は、単に植物細胞内で塩基編集融合タンパク質およびガイドRNAを導入または生成することによって達成されることができ、修飾は、塩基編集システムを用いた植物の安定した形質転換の必要性なく安定して遺伝することができる。このことは、安定した塩基編集システムの潜在的なオフターゲット効果を回避し、かつ植物ゲノム内への外来性ヌクレオチド配列の組込みも回避し、それにより結果的により高い生物安全性を生じる。 In the method of the present invention, modification of the target sequence can be achieved by simply introducing or producing the base-editing fusion protein and the guide RNA in plant cells, and the modification can be achieved by stabilizing the plant using the base-editing system. Stable inheritance is possible without the need for transformation. This avoids the potential off-target effects of the stable base editing system and also the integration of exogenous nucleotide sequences within the plant genome, resulting in higher biosafety.
いくつかの好ましい実施形態において、この導入は、選択的圧力の非存在下で実施され、それにより、植物ゲノム内での外来性ヌクレオチド配列の組込みを回避する。 In some preferred embodiments, this introduction is performed in the absence of selective pressure, thereby avoiding the integration of the exogenous nucleotide sequence within the plant genome.
いくつかの実施形態において、この導入は、本発明の塩基編集システムを、単離された植物細胞または単離された組織内へと形質転換すること、次いで形質転換された植物細胞または組織を未処置の植物へと再生することを含む。好ましくは、この再生は、選択的圧力の非存在下で実施され、すなわち、発現ベクター上に担持される選択的遺伝子に対する選択的薬剤は、組織培養中に何ら使用されない。選択的薬剤の使用なしで、植物の再生効率は、外来性ヌクレオチド配列を含有しない改変された植物を取得するために上昇させることができる。 In some embodiments, this introducing transforms the base editing system of the present invention into an isolated plant cell or tissue, which is then transformed into the transformed plant cell or tissue. Including regenerating into treated plants. Preferably, this regeneration is carried out in the absence of selective pressure, ie no selective agent for the selective gene carried on the expression vector is used during tissue culture. Without the use of selective agents, the efficiency of plant regeneration can be increased to obtain modified plants that do not contain exogenous nucleotide sequences.
他の実施形態において、本発明の塩基編集システムは、葉、茎頂、花粉管、若穂(young ear)、または胚軸など、未処置の植物の特定部位へと形質転換されることができる。このことは、組織培養によって再生することが困難である植物の形質転換に特に適している。 In other embodiments, the base editing system of the present invention can be transformed into specific sites of untreated plants such as leaves, shoot tips, pollen tubes, young ears, or hypocotyls. This is particularly suitable for the transformation of plants which are difficult to regenerate by tissue culture.
本発明のいくつかの実施形態において、試験管内で発現するタンパク質および/または試験管内で転写されるRNA分子は、植物内へと直接形質転換される。該タンパク質および/またはRNA分子は、植物細胞内での塩基編集を達成することができ、かつ細胞によってその後分解されて、植物ゲノム内への外来性ヌクレオチド配列の組込みを回避することができる。 In some embodiments of the invention, the protein expressed in vitro and/or the RNA molecule transcribed in vitro is directly transformed into a plant. The protein and/or RNA molecule can achieve base editing within the plant cell and can be subsequently degraded by the cell to avoid integration of the exogenous nucleotide sequence into the plant genome.
したがって、いくつかの実施形態において、除草剤耐性植物は、導入遺伝子非含有である。 Thus, in some embodiments, the herbicide-tolerant plant is transgene-free.
本発明の方法において使用されることのできる植物には、単子葉類および双子葉類が含まれる。例えば、該植物は、コムギ、コメ、トウモロコシ、ダイズ、ヒマワリ、ソルガム、カノーラ、アルファルファ、ワタ、オオムギ、ミレー、トウキビ、トマト、タバコ、タピオカ、またはジャガイモなどの作物植物であってもよい。該植物はまた、キャベツ、ケール、キュウリ、トマトを含むがそれらに限定されない野菜作物であってもよい。該植物はまた、カーネーション、ペオニア、バラ、およびこれらに類するものを含むがそれらに限定されない花作物であってもよい。該植物はまた、スイカ、メロン、イチゴ、ブルーベリー、ブドウ、リンゴ、カンキツ、モモを含むがこれらに限定されない果実作物であってもよい。該植物はまた、板藍根(Radix isatidis)、リコリス、チョウセンニンジン、およびトウスケボウフウ(Saposhnikovia divaricata)を含むがこれらに限定されない中国産生薬であってもよい。該植物はまた、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)であることができる。 Plants that can be used in the methods of the invention include monocots and dicots. For example, the plant may be a crop plant such as wheat, rice, corn, soybean, sunflower, sorghum, canola, alfalfa, cotton, barley, millet, sugar cane, tomato, tobacco, tapioca, or potato. The plant may also be a vegetable crop, including but not limited to cabbage, kale, cucumber, tomato. The plant may also be a flower crop, including but not limited to carnations, peonia, roses, and the like. The plant may also be a fruit crop, including but not limited to watermelon, melon, strawberry, blueberry, grape, apple, citrus, peach. The plant may also be a Chinese herb that includes, but is not limited to, Radix isatidis, licorice, ginseng, and Saposhnikovia divaricata. The plant can also be Arabidopsis thaliana.
本発明のいくつかの実施形態において、該方法は、除草剤耐性植物の後代を取得することをさらに含む。 In some embodiments of the invention, the method further comprises obtaining a progeny of the herbicide tolerant plant.
別の態様において、本発明は、除草剤耐性植物またはその後代もしくは部分も提供し、ここで、該植物は、本発明の上述の方法によって取得される。いくつかの実施形態において、除草剤耐性植物は、導入遺伝子非含有である。 In another aspect, the invention also provides a herbicide tolerant plant or progeny or part thereof, wherein said plant is obtained by the above-described method of the invention. In some embodiments, the herbicide tolerant plant is transgene-free.
別の態様において、本発明は、本発明の上述の方法によって取得された第一の除草剤耐性植物を、除草剤耐性をまったく有さない第二の植物と交雑させることと、それにより除草剤耐性を第二の植物内へ導入することとを含む、植物交雑方法も提供する。 In another aspect, the present invention provides for crossing a first herbicide-tolerant plant obtained by the above-described method of the present invention with a second plant that has no herbicide tolerance, thereby providing a herbicide. There is also provided a plant crossing method comprising introducing resistance into a second plant.
本発明は、本発明の方法によって取得された除草剤耐性植物またはその後代も包含する。 The invention also includes herbicide-tolerant plants or progeny obtained by the method of the invention.
IV.除草剤耐性関連タンパク質の変異体を特定すること
本発明の方法によって、除草剤耐性関連遺伝子の多数の突然変異体は、除草剤耐性関連遺伝子の標的とされた塩基修飾によって容易に取得されることができ、次いで、新規の除草剤耐性突然変異は、耐性スクリーニングを通じて特定されることができる。
IV. Identifying Variants of Herbicide Resistance-Associated Proteins By the method of the present invention, a large number of mutants of herbicide tolerance-related genes are easily obtained by targeted base modification of herbicide tolerance-related genes. , And new herbicide resistance mutations can then be identified through resistance screening.
したがって、本発明は、以下、すなわち
i)先の第III節の方法によって除草剤耐性植物を作出することと、
ii)結果として生じる除草剤耐性植物における除草剤耐性関連遺伝子および/またはコードされた除草剤耐性関連タンパク質の配列を決定し、それにより変異体の配列を特定すること
とを含む、除草剤耐性を植物へ付与することのできる除草剤耐性関連タンパク質の変異体を特定する方法も提供する。
Accordingly, the present invention provides the following: i) to produce a herbicide tolerant plant by the method of Section III above;
ii) determining the herbicide resistance-related gene and/or the encoded herbicide resistance-related protein in the resulting herbicide-tolerant plant, thereby identifying the sequence of the mutant, and Also provided is a method of identifying a mutant of a herbicide tolerance-related protein that can be imparted to a plant.
V.除草剤耐性関連タンパク質変異体、その核酸、発現コンストラクトおよび使用
本発明は、本発明の先の第IV節による方法によって特定される除草剤耐性関連タンパク質の変異体も提供する。
V. Herbicide Tolerance Associated Protein Variants, Nucleic Acids, Expression Constructs and Uses thereof The present invention also provides variants of the herbicide tolerance related proteins identified by the methods according to the previous Section IV of the present invention.
本発明は、野生型ACCアーゼと比較して、植物ACCアーゼ変異体も提供し、該ACCアーゼ変異体は、1768、1793、1796、1797、1794、1800、1801、1813、1813、1815、1825、1827、1815、1816、1817、1837、1838、1849、1850、1854、1855、1874、1875、1971、1872、1983、1989、1990、1993、1994、2003、2004、2005、2007、2008、2024、2027、2028、2029、2047、2070、2071、2090、2091、2090、2106、2099、2106、2119、2220から選択される、1つまたは複数の位置でのアミノ酸の突然変異を含み、ここで、アミノ酸の位置は配列番号1を参照し、該変異体は、除草剤耐性を植物に付与する。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、S1768F、R1793K、A1794T、R1793K+A1794T、R1825H、D1827N、R1825H+D1827N、L1815F、A1816V、R1817終止、L1815F+R1817終止、A1816V+R1817終止、L1815F+A1816V、L1815F、A1816V、+R1817終止、A1837V、G1854D、G1855D、G1855S、G1854N、G1854D+G1855D、G1854D+G1855S、G1854D+G1855N、D1971N、D1972N、D1971N+D1972N、G1983D、P1993S、P1993L、P1993F、R1994C、P1993S+R1994C、P1993L+R1994C、P1993F+R1994C、S2003F、A2004V、T2005I、S2003F+A2004V、S2003F+T2005I、A2004V+T2005I、T2007I、A2008V、T2007I+A2008V、R2028K、G2029D、G2029S、G2029N、R2028K+G2029D、R2028K+G2029S、R2028K+G2029N、T2047I、R2070Q、G2071R、R2070Q+G2071R、A2090T、E2091K、A2090T+E2091K、A2090V、E2106K、S2119N、R2220Q、S2119N+R2220Q、A1813V、R1793K、A1794T、R1793K+A1794T、E1796K、E1797K、E1796K+E1797K、T1800M、L1801F、T1800M+L1801F、A1813V、G1854D、G1854S、G1854N、G1855D、G1855S、G1855N、G1854D+G1855D、G1854D+G1855S、G1854D+G1855N、G1854S+G1855D、G1854S+G1855S、G1854S+G1855N、G1854N+G1855D、G1854N+G1855S、G1854N+G1855N、S1849F、H1850Y、S1849F+H1850Y、D1874N、D1875N、D1874N+D1875N、W2027C、R2028K、W2027C+R2028K、G2029D、G2029S、G2029N、R2028K+G2029D、R2028K+G2029S、R2028K+G2029N、L2024F、T2047I、R2070C、A2090V、G1983D、E1989K、R1990Q、E1989K+R1990Q、P1993S、P1993L、P1993F、R1994C、P1993S+R1994C、P1993L+R1994C、P1993F+R1994C、T2007I、A2008V、T2007I+A2008V、S2003L、A2004V、T2005I、S2003L+A2004V、S2003L+T2005I、A2004V+T2005I、S2003L、A2004V+T2005I、L2099F、E2106K、R2220K、G2119D、R2220K+G2119D、またはこのいずれかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は配列番号1を参照する。いくつかの具体的な実施形態において、アミノ酸の突然変異は、W2027C、W2027C+R2028Kから選択され、ここで、アミノ酸の位置は配列番号1を参照する。 The present invention also provides a plant ACCase variant as compared to wild-type ACCase, wherein the ACCase variant is 1768, 1793, 1796, 1797, 1794, 1800, 1801, 1813, 1813, 1815, 1825. , 1827, 1815, 1816, 1817, 1837, 1838, 1849, 1850, 1854, 1855, 1874, 1875, 1971, 1872, 1983, 1989, 1990, 1993, 1994, 2003, 2004, 2005, 2007, 2008, 2024. , 2027, 2028, 2029, 2047, 2070, 2071, 2090, 2091, 2090, 2106, 2099, 2106, 2119, 2220, comprising a mutation of an amino acid at one or more positions, wherein See SEQ ID NO: 1 for amino acid position and the mutant confers herbicide tolerance to plants. In some embodiments, the amino acid mutations are S1768F, R1793K, A1794T, R1793K+A1794T, R1825H, D1827N, R1825H+D1827N, L1815F, A1816V, R1817stop, L1815F37R17+17+18,18+18,18A18,18A18,18A16,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18,18A18A18 , G1854D, G1855D, G1855S, G1854N, G1854D + G1855D, G1854D + G1855S, G1854D + G1855N, D1971N, D1972N, D1971N + D1972N, G1983D, P1993S, P1993L, P1993F, R1994C, P1993S + R1994C, P1993L + R1994C, P1993F + R1994C, S2003F, A2004V, T2005I, S2003F + A2004V, S2003F + T2005I, A2004V + T2005I, T2007I , A2008V, T2007I + A2008V, R2028K, G2029D, G2029S, G2029N, R2028K + G2029D, R2028K + G2029S, R2028K + G2029N, T2047I, R2070Q, G2071R, R2070Q + G2071R, A2090T, E2091K, A2090T + E2091K, A2090V, E2106K, S2119N, R2220Q, S2119N + R2220Q, A1813V, R1793K, A1794T, R1793K + A1794T , E1796K, E1797K, E1796K + E1797K, T1800M, L1801F, T1800M + L1801F, A1813V, G1854D, G1854S, G1854N, G1855D, G1855S, G1855N, G1854D + G1855D, G1854D + G1855S, G1854D + G1855N, G1854S + G1855D, G1854S + G1855S, G1854S + G1855N, G1854N + G1855D, G1854N + G1855S, G1854N + G1855N, S1849F, H1850Y, S1849F + H1850Y , D1874N, D1875N, D1874N+D1875N, W2027C, R2028K, W2027C+R2028K, G2029D, G2029S, G2029N, R202 8K + G2029D, R2028K + G2029S, R2028K + G2029N, L2024F, T2047I, R2070C, A2090V, G1983D, E1989K, R1990Q, E1989K + R1990Q, P1993S, P1993L, P1993F, R1994C, P1993S + R1994C, P1993L + R1994C, P1993F + R1994C, T2007I, A2008V, T2007I + A2008V, S2003L, A2004V, T2005I, S2003L + A2004V, S2003L+T2005I, A2004V+T2005I, S2003L, A2004V+T2005I, L2099F, E2106K, R2220K, G2119D, R2220K+G2119D, or any combination thereof, wherein the amino acid position refers to SEQ ID NO:1. In some specific embodiments, the amino acid mutations are selected from W2027C, W2027C+R2028K, where the amino acid position refers to SEQ ID NO:1.
いくつかの実施形態において、ACCアーゼとは、コメACCアーゼであり、その野生型配列は、配列番号14に示される(genbank ID:B9FK36)。いくつかの実施形態において、ACCアーゼとは、コムギACCアーゼであり、その野生型配列は、配列番号15に示される(genbank ID:ACD46684.1)。 In some embodiments, the ACCase is rice ACCase, the wild type sequence of which is shown in SEQ ID NO:14 (genbank ID: B9FK36). In some embodiments, the ACCase is a wheat ACCase, the wild type sequence of which is shown in SEQ ID NO: 15 (genbank ID: ACD46684.1).
このような変異体の発現によって、植物(コメ、トウモロコシ、コムギおよび他の単子葉植物)は、シクロへキセノン除草剤(クレトジムなど)、アリールオキシフェノキシプロピオン酸除草剤(ハロキシホップ−P−メチルなど)、フェニルピラゾリン除草剤(オキサゾリンなど)および他のACCアーゼ阻害剤除草剤に対する、単一の耐性(1つの除草剤に対する耐性)または交差耐性(2つ以上の除草剤に対して耐性がある)を取得することができる。ACCアーゼは、植物の脂肪酸合成経路における鍵となる酵素であり、その活性の阻害は究極的には、脂肪酸欠乏による植物の死滅をもたらす。 Due to the expression of such mutants, plants (rice, corn, wheat and other monocotyledonous plants) will have cyclohexenone herbicides (such as crethodim), aryloxyphenoxypropionic acid herbicides (such as haloxyfop-P-methyl). , Phenylpyrazoline herbicides (such as oxazoline) and other ACCase inhibitors Herbicide single resistance (tolerant to one herbicide) or cross-tolerance (tolerant to more than one herbicide) Can be obtained. ACCase is a key enzyme in the fatty acid synthesis pathway of plants, and inhibition of its activity ultimately leads to plant death due to fatty acid deficiency.
本発明は、野生型ALSと比較して、植物ALS変異体も提供し、該ALS変異体は、122、197、204、205、653、654、655、659から選択される、1つまたは複数の位置でのアミノ酸の突然変異を含み、ここで、アミノ酸の位置は配列番号2を参照し、該変異体は除草剤耐性を植物に付与する。いくつかの具体的な実施形態において、アミノ酸の突然変異は、A122T、P197A、P197Y、P197S、P197L、P197F、D204N、A205T、D204N+A205T、E654K、G655D、G655S、G655N、E654K+G655D、E654K+G655S、E654K+G655N、G659N、P197S、P197L、P197F、D204N、A205T、D204N+A205T、G654D、G654S、G654N、G655D、G655S、G655N、G654D+G655D、G654D+G655S、G654D+G655N、G654S+G655D、G654S+G655S、G654S+G655N、G654N+G655D、G654N+G655S、G654N+G655N、A122T、またはこれらの何らかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は配列番号2を参照する。いくつかの具体的な実施形態において、アミノ酸の突然変異は、P197A、P197F、P197S、P197Y、P197F+R198C、G654E+G655S、G654K+G655S、G654E+G659N、P197F+G654E+G655S、またはこれらの何らかの組み合わせから選択され、ここで、アミノ酸の位置は配列番号2を参照する。 The present invention also provides a plant ALS variant as compared to wild type ALS, wherein the ALS variant is one or more selected from 122, 197, 204, 205, 653, 654, 655, 659. Of the amino acid position, where the amino acid position refers to SEQ ID NO:2, which confers herbicide tolerance to the plant. In some specific embodiments, the mutation of amino acids, A122T, P197A, P197Y, P197S, P197L, P197F, D204N, A205T, D204N + A205T, E654K, G655D, G655S, G655N, E654K + G655D, E654K + G655S, E654K + G655N, G659N, P197S, P197L, P197F, D204N, A205T, D204N + A205T, G654D, G654S, G654N, G655D, G655S, G655N, G654D + G655D, G654D + G655S, G654D + G655N, G654S + G655D, G654S + G655S, G654S + G655N, G654N + G655D, G654N + G655S, G654N + G655N, A122T, or some combination thereof, Selected, where amino acid positions refer to SEQ ID NO:2. In some specific embodiments, the amino acid mutations are selected from P197A, P197F, P197S, P197Y, P197F+R198C, G654E+G655S, G654K+G655S, G654E+G659N, P197F+G654E+G655S, or any combination thereof at these positions. See SEQ ID NO:2.
いくつかの実施形態において、ALSとはコメALSであり、その野生型配列は配列番号16に示されている。いくつかの実施形態において、ALSとはコムギALSであり、その野生型配列は配列番号17に示されている(部分的な配列)(genbank ID:AAO53548.1)。 In some embodiments, the ALS is rice ALS, the wild type sequence of which is set forth in SEQ ID NO:16. In some embodiments, the ALS is wheat ALS, the wild type sequence of which is shown in SEQ ID NO: 17 (partial sequence) (genbank ID: AAO535488.1).
このような変異体の発現によって、植物(例えば、コメ、トウモロコシ、コムギなどの単子葉植物、ならびにダイズ、ワタ、カノーラ、およびヒマワリなどの双子葉植物)は次の除草剤、すなわち、イミダゾリノン除草剤(イマザメスなど)、スルホニル尿素除草剤(ニコスルフロンなど)、トリアゾリノン除草剤(フルカルバゾンナトリウムなど)、トリアゾロピリミジン除草剤(例えば、ペノキスラム)、ピリミジンサリチラート除草剤(例えば、ビスピリバック−ナトリウム)のうちの1つ以上に対してより高レベルの除草剤耐性を有することができる可能性がある。ALSは、植物における分枝鎖アミノ酸の合成における鍵となる酵素であり、その活性の阻害は究極的には、分枝鎖アミノ酸の欠如による植物の死滅を結果的に生じる。 Due to the expression of such mutants, plants (eg, monocots such as rice, corn, wheat, and dicots such as soybean, cotton, canola, and sunflower) are treated with the following herbicides: imidazolinone herbicides. Agents (such as imazames), sulfonylurea herbicides (such as nicosulfuron), triazolinone herbicides (such as flucarbazone sodium), triazolopyrimidine herbicides (such as penoxlam), pyrimidine salicylate herbicides (such as bispyribac-sodium) It may be possible to have a higher level of herbicide tolerance to one or more of ALS is a key enzyme in the synthesis of branched chain amino acids in plants, and inhibition of its activity ultimately results in plant death due to the lack of branched chain amino acids.
本発明は、植物HPPD変異体も提供し、野生型HPPDと比較して、該HPPDは、277、364、366、413、414、415から選択される、1つまたは複数の位置でのアミノ酸の突然変異を含み、ここで、アミノ酸の位置は配列番号3を参照し、該変異体は、除草剤耐性を植物に付与する。いくつかの具体的な実施形態において、アミノ酸の突然変異は、P277S、P277L、V364M、C413Y、G414D、G414S、G414N、G415E、G415R、G415K、G414D+G415E、G414D+G415R、G414D+G415K、G414S+G415E、G414S+G415R、G414S+G415K、G414N+G415E、G414N+G415R、G414N+G415K、C413Y+G415E、C413Y+G415R、C413Y+G415K、C413Y+G414D、C413Y+G414S、C413Y+G414N、C413Y+G414D+G415E、C413Y+G414D+G415R、C413Y+G414D+G415K、C413Y+G414S+G415E、C413Y+G414S+G415R、C413Y+G414S+G415K、C413Y+G414N+G415E、C413Y+G414N+G415R、C413Y+G414N+G415K、P277S、P277L、V366I、C413Y、G414D、G414S、G414N、G415E、G415R、G415K、G414D+G415E、G414D+G415R、G414D+G415K、G414S+G415E、G414S+G415R、G414S+G415K、G414N+G415E、G414N+G415R、G414N+G415K、C413Y+G415E、C413Y+G415R、C413Y+G415K、C413Y+G414D、C413Y+G414S、C413Y+G414N、C413Y+G414D+G415E、C413Y+G414D+G415R、C413Y+G414D+G415K、C413Y+G414S+G415E、C413Y+G414S+G415R、C413Y+G414S+G415K、C413Y+G414N+G415E、C413Y+G414N+G415R、C413Y+G414N+G415K、またはこれらの何らかの組み合わせから選択される。 The present invention also provides a plant HPPD variant, which compared to wild-type HPPD, the HPPD comprises amino acid at one or more positions selected from 277, 364, 366, 413, 414, 415. A mutation is included where the amino acid position refers to SEQ ID NO:3, which confers herbicide resistance to the plant. In some specific embodiments, the mutation of amino acids, P277S, P277L, V364M, C413Y, G414D, G414S, G414N, G415E, G415R, G415K, G414D + G415E, G414D + G415R, G414D + G415K, G414S + G415E, G414S + G415R, G414S + G415K, G414N + G415E, G414N + G415R, G414N + G415K, C413Y + G415E, C413Y + G415R, C413Y + G415K, C413Y + G414D, C413Y + G414S, C413Y + G414N, C413Y + G414D + G415E, C413Y + G414D + G415R, C413Y + G414D + G415K, C413Y + G414S + G415E, C413Y + G414S + G415R, C413Y + G414S + G415K, C413Y + G414N + G415E, C413Y + G414N + G415R, C413Y + G414N + G415K, P277S, P277L, V366I, C413Y, G414D, G414S, G414N, G415E, G415R, G415K, G414D + G415E, G414D + G415R, G414D + G415K, G414S + G415E, G414S + G415R, G414S + G415K, G414N + G415E, G414N + G415R, G414N + G415K, C413Y + G415E, C413Y + G415R, C413Y + G415K, C413Y + G414D, C413Y + G414S, C413Y + G414N, C413Y + G414D + G415E, C413Y + G414D + G415R, C413Y + G414D + G415K, C413Y + G414S + G415E, C413Y + G414S + G415R, C413Y + G414S + G415K, C413Y + G414N + G415E, C413Y + G414N + G415R, C413Y+G414N+G415K, or some combination thereof.
いくつかの実施形態において、HPPDとはコメHPPDであり、その野生型配列は配列番号3において示される。いくつかの実施形態において、HPPDとはコムギHPPDであり、その野生型配列は配列番号18において示される。 In some embodiments, the HPPD is rice HPPD, the wild type sequence of which is shown in SEQ ID NO:3. In some embodiments, the HPPD is wheat HPPD, the wild type sequence of which is set forth in SEQ ID NO:18.
このような変異体の発現によって、植物(例えば、コメ、トウモロコシ、コムギなどの単子葉植物、ならびにダイズ、ワタ、ナタネ、およびヒマワリなどの双子葉植物)は1つ以上のHPPD阻害剤除草剤(例えば、メソトリオン、トプラメゾン)に対するより高レベルの耐性を取得することができる可能性がある。HPPDは、植物におけるクロロフィル合成経路の鍵となる酵素である。HPPDの活性の阻害は究極的には、植物の白化および死滅をもたらす。 Due to the expression of such mutants, plants (eg, monocots such as rice, corn, wheat, and dicots such as soybean, cotton, rapeseed, and sunflower) may have one or more HPPD inhibitor herbicides ( For example, it may be possible to obtain higher levels of resistance to mesotrione, topramezone). HPPD is a key enzyme in the chlorophyll synthesis pathway in plants. Inhibition of the activity of HPPD ultimately results in plant bleaching and killing.
本発明は、野生型EPSPSと比較した、植物EPSPS変異体も提供し、該EPSPSは、102および103から選択される、1つまたは複数の位置でのアミノ酸の突然変異を含み、ここで、アミノ酸の位置は配列番号4を参照し、該変異体は、除草剤耐性を植物に付与する。いくつかの実施形態において、アミノ酸の突然変異は、T102I、A103V、T102I+A103Vからなる群から選択される。EPSPS酵素は、植物における芳香属アミノ酸の合成における鍵となる酵素であり、その活性の阻害は究極的には、芳香族アミノ酸の欠如による植物の死滅をもたらす。 The invention also provides a plant EPSPS variant as compared to wild type EPSPS, wherein the EPSPS comprises a mutation of an amino acid at one or more positions selected from 102 and 103, wherein the amino acid Position refers to SEQ ID NO:4, which confers herbicide tolerance to plants. In some embodiments, the amino acid mutation is selected from the group consisting of T102I, A103V, T102I+A103V. The EPSPS enzyme is a key enzyme in the synthesis of aromatic amino acids in plants, and inhibition of its activity ultimately leads to plant death due to the lack of aromatic amino acids.
いくつかの実施形態において、EPSPSとはコムギEPSPSであり、その野生型配列は配列番号4に示されている。 In some embodiments, the EPSPS is wheat EPSPS, the wild type sequence of which is shown in SEQ ID NO:4.
このような変異体の発現は、植物(例えば、コメ、トウモロコシ、コムギなどの単子葉類、ならびにダイズ、ワタ、ナタネ、およびヒマワリなどの双子葉類)におけるグリホサートに対する耐性を有意に上昇させることができる。 Expression of such variants can significantly increase resistance to glyphosate in plants (eg, monocots such as rice, corn, wheat, and dicots such as soybean, cotton, rapeseed, and sunflower). it can.
いくつかの実施形態において、本発明の変異体は、除草剤耐性を植物に付与することのできる、当技術分野で公知の他のアミノ酸の突然変異も含む。 In some embodiments, the variants of the invention also include mutations of other amino acids known in the art that are capable of conferring herbicide tolerance to plants.
本発明は、本発明の変異体をコードするヌクレオチド配列を含む単離された核酸も提供する。 The invention also provides an isolated nucleic acid comprising a nucleotide sequence encoding a variant of the invention.
本発明は、調節配列へ操作可能に連結された本発明の変異体をコードするヌクレオチド配列を含む発現カセットも提供する。 The invention also provides an expression cassette comprising a nucleotide sequence encoding a variant of the invention operably linked to regulatory sequences.
本発明は、本発明の変異体をコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクトも提供し、該ヌクレオチド配列は、調節配列へ操作可能に連結される。 The invention also provides an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a variant of the invention, said nucleotide sequence being operably linked to a regulatory sequence.
本発明は、除草剤耐性植物の作出における本発明の変異体、単離された核酸、発現カセットおよび発現コンストラクトの使用も提供する。 The invention also provides the use of the mutants, isolated nucleic acids, expression cassettes and expression constructs of the invention in the production of herbicide tolerant plants.
本発明は、本発明の単離された核酸、本発明の発現カセット、および/または本発明の発現コンストラクトを植物内へ導入することを含む、除草剤耐性植物を作出する方法も提供する。 The present invention also provides a method for producing a herbicide-resistant plant, which comprises introducing the isolated nucleic acid of the present invention, the expression cassette of the present invention, and/or the expression construct of the present invention into a plant.
本発明は、本発明の発現カセットを含むまたは該発現カセットによって形質転換する除草剤耐性植物も提供する。本発明は、除草剤耐性植物の後代も網羅する。 The invention also provides herbicide-tolerant plants containing or transformed with the expression cassettes of the invention. The invention also covers the progeny of herbicide tolerant plants.
該植物には、単子葉類および双子葉類が含まれる。例えば、該植物は、コムギ、コメ、トウモロコシ、ダイズ、ヒマワリ、ソルガム、カノーラ、アルファルファ、ワタ、オオムギ、ミレー、トウキビ、トマト、タバコ、タピオカ、またはジャガイモなどの作物植物であってもよい。該植物はまた、キャベツ、ケール、キュウリ、トマトを含むがこれらに限定されない野菜作物であってもよい。該植物はまた、カーネーション、ペオニア、バラ、およびこれらに類するものを含むがそれらに限定されない花作物であってもよい。該植物はまた、スイカ、メロン、イチゴ、ブルーベリー、ブドウ、リンゴ、カンキツ、モモを含むがこれらに限定されない果実作物であってもよい。該植物はまた、板藍根(Radix isatidis)、リコリス、チョウセンニンジン、およびトウスケボウフウ(Saposhnikovia divaricata)を含むがこれらに限定されない中国産生薬であってもよい。該植物はまた、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)であることができる。 The plants include monocots and dicots. For example, the plant may be a crop plant such as wheat, rice, corn, soybean, sunflower, sorghum, canola, alfalfa, cotton, barley, millet, sugar cane, tomato, tobacco, tapioca, or potato. The plant may also be a vegetable crop, including but not limited to cabbage, kale, cucumber, tomato. The plant may also be a flower crop, including but not limited to carnations, peonia, roses, and the like. The plant may also be a fruit crop, including but not limited to watermelon, melon, strawberry, blueberry, grape, apple, citrus, peach. The plant may also be a Chinese herb that includes, but is not limited to, Radix isatidis, licorice, ginseng, and Saposhnikovia divaricata. The plant can also be Arabidopsis thaliana.
実施例1.塩基編集ベクターの構築
本実施例において、異なる作物のためのALS、ACCアーゼ、EPSPS、およびHPPDなどの除草剤耐性関連遺伝子のための塩基編集ベクターを構築した。
Example 1. Construction of Base Editing Vectors In this example, base editing vectors for herbicide resistance related genes such as ALS, ACCase, EPSPS, and HPPD for different crops were constructed.
コメ:
Yuan Zong(Zong,Y.et al.Precise base editing in rice,wheat and maize with a Cas9− cytidine deaminase fusion.Nat.Biotechnol.2017,doi:10.1038/nbt.3811)に従って、OsALS遺伝子、OsACCアーゼ遺伝子、およびOsHPPD遺伝子を標的とする塩基編集ベクターを、pH−nCas9− PBEコンストラクトを用いて構築した。とりわけ、OsALSにおける4個の標的単一部位(R1〜R4)、OsALS遺伝子の3個の標的二重部位(R25〜R27)、およびOsACCアーゼ遺伝子の20個の標的単一部位(R5〜R24)、OsHPPDの4個の標的単一部位(R28〜R30)とした。本実験におけるsgRNA標的配列を表1に示す。潜在的な耐性突然変異を表3に示す。
rice:
Yuan Zong (Zong, Y. et al. Precise base editing in rice, where and maize with a Cas9- cytidine deaminase gene, Na. Biotechnol. A gene and a base editing vector targeting the OsHPPD gene was constructed using the pH-nCas9-PBE construct. In particular, 4 target single sites in OsALS (R1-R4), 3 target dual sites in OsALS gene (R25-R27), and 20 target single sites in OsACCase gene (R5-R24). , And four target single sites of OsHPPD (R28 to R30). The sgRNA target sequences in this experiment are shown in Table 1. Potential resistance mutations are shown in Table 3.
コムギ:
Yuan Zong(Zong,Y.et al.Precise base editing in rice,wheat and maize with a Cas9− cytidine deaminase fusion.Nat.Biotechnol.2017,doi:10.1038/nbt.3811)に従って、TaALS、TaACCアーゼ、TaEPSPSおよびTaHPPD遺伝子を標的とする塩基編集ベクターを、pTaU6を用いて構築した。とりわけ、TaALS遺伝子における4個の標的単一部位(W1〜W3、W16)、TaALS遺伝子における3個の標的二重部位(W31〜W33)、TaACCアーゼ遺伝子の20個の標的単一部位(W4〜W15、W17〜W24)、TaEPSPS遺伝子の3個の標的単一部位(W25〜W27)およびTaHPPD遺伝子の3個の標的単一部位(W28〜W30)、ならびにTaALS遺伝子およびTaACCアーゼの1個の同時の標的二重部位(W34)とした。本実験におけるsgRNA標的配列を表2に示す。潜在的な耐性突然変異を表4に示す。
Wheat:
Yuan Zong (Zong, Y. et al. Precise base editing in rice, where and maize with a Cas9- cytidine deaminase fusion, Nat. Biotechnol. A base editing vector targeting the TaEPSPS and TaHPPD genes was constructed using pTaU6. In particular, four target single sites in the TaALS gene (W1 to W3, W16), three target double sites in the TaALS gene (W31 to W33), 20 target single sites in the TaACCase gene (W4 to W16). W15, W17-W24), three target single sites of the TaEPSPS gene (W25-W27) and three target single sites of the TaHPPD gene (W28-W30), and one simultaneous TaALS gene and TaACCase. Of the target double site (W34). The sgRNA target sequences in this experiment are shown in Table 2. Potential resistance mutations are shown in Table 4.
実施例2.コメおよびコムギの形質転換
コメ(アグロバクテリウム(Agrobacterium)系形質転換):
pH−nCas9−PBEベクターをアグロバクテリウム株AGL1内へと電気穿孔法によって形質転換した。Zhonghua 11のアグロバクテリウム媒介性形質転換、組織培養および再生をShanら(Shan,Q.et al.Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR−Cas system.Nat.Biotechnol.31,686−688(2013))に従って実施した。ヒグロマイシン選択(50μg/ml)をその後の組織培養すべての間に使用した。
Example 2. Transformation of Rice and Wheat Rice (Agrobacterium-based transformation):
The pH-nCas9-PBE vector was transformed into Agrobacterium strain AGL1 by electroporation. Agrobacterium-mediated transformation, tissue culture and regeneration of Zhonghua 11 was performed by Shan et al. (Shang, Q. et al. Targeted genome modification of crop plants using a CRISPR-Cassystem. )). Hygromycin selection (50 μg/ml) was used during all subsequent tissue culture.
コムギ(粒子衝撃形質転換):
すでに説明されているとおり(Zhang,K.,Liu,J.,Zhang,Y.,Yang,Z.& Gao,C.Biolistic genetic transformation of a wide range of Chinese elite wheat(Triticum aestivum L.)varieties.J.Genet Genomics.42,39−42(2015))、プラスミドDNA(pnCas9−PBEベクターおよびpTaU6ベクターをそれぞれ等しく混合した)を用いて、Kenong 199の胚に粒子を当てた。衝撃後、胚をZhang,Kらに従って加工したが、組織培養中に選択剤を全く使用しなかった。
Wheat (particle bombardment transformation):
As already described (Zhang, K., Liu, J., Zhang, Y., Yang, Z. & Gao, C. Biolistic genetic transformation of China elite livewe. J. Genet Genomics. 42, 39-42 (2015)), plasmid DNA (equally mixed pnCas9-PBE vector and pTaU6 vector respectively) were used to apply particles to Kenong 199 embryos. After bombardment, embryos were processed according to Zhang, K et al., but no selection agent was used during tissue culture.
実施例3.形質転換した植物についての耐性スクリーニング条件を確立すること
表5に列挙された除草剤を選択して、異なる濃度の除草剤を含有する1/2MS培地を、野生型コメおよび野生型コムギの組織培養の芽ばえをスクリーニングするために調製した。7日後、植物の成長を抑制する最小除草剤濃度を、形質転換した植物のその後のスクリーニングのために選択した。
Example 3. Establishing Tolerance Screening Conditions for Transformed Plants The herbicides listed in Table 5 were selected and 1/2 MS medium containing different concentrations of herbicides was added to wild-type rice and wild-type wheat tissue culture. Was prepared for screening seedlings of. After 7 days, the minimum herbicide concentration that suppressed plant growth was selected for subsequent screening of transformed plants.
実施例4.耐性植物のスクリーニングおよび特定
実施例3において取得された形質転換植物を、対応する除草剤スクリーニング培地(表5)上で成長させ、表現型を観察し、かつ耐性植物を選択した(図1〜図3)。
Example 4. Screening and Identification of Resistant Plants The transformed plants obtained in Example 3 were grown on the corresponding herbicide screening medium (Table 5), the phenotype was observed and resistant plants were selected (Fig. 1-Fig. 3).
耐性植物のDNAを抽出した後、T7EIおよびPCR/REを実施した。最後に、標的遺伝子の突然変異をSangerの配列決定によって確認した。 After extracting the DNA of resistant plants, T7EI and PCR/RE were performed. Finally, target gene mutations were confirmed by Sanger sequencing.
結果として、植物内在性タンパク質ALSおよびACCアーゼにおける次の突然変異を除草剤耐性突然変異として特定した。CからTへの突然変異に加えて、本発明の塩基編集システムは、CからG/Aへの突然変異も生じることができ、そのため、予期せぬ耐性突然変異をスクリーニングした。 As a result, the following mutations in the plant endogenous proteins ALS and ACCase were identified as herbicide resistance mutations. In addition to the C to T mutation, the base editing system of the present invention can also result in a C to G/A mutation, so we screened for unexpected resistance mutations.
Claims (24)
i)塩基編集融合タンパク質およびガイドRNA、
ii)塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列とガイドRNAとを含む発現コンストラクト、
iii)塩基編集融合タンパク質、およびガイドRNAをコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクト、
iv)塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクト、およびガイドRNAをコードするヌクレオチド配列を含む発現コンストラクト、
v)塩基編集融合タンパク質をコードするヌクレオチド配列とガイドRNAをコードするヌクレオチド配列とを含む発現コンストラクト
のうちの少なくとも1つを含み、前記塩基編集融合タンパク質がヌクレアーゼ不活性型CRISPRヌクレアーゼ(ヌクレアーゼ不活性型Cas9など)ドメインおよびデアミナーゼドメインを含有し、前記ガイドRNAが前記植物ゲノム内での前記除草剤耐性関連遺伝子における標的配列との前記塩基編集融合タンパク質を標的とすることができ、
前記1つ以上のヌクレオチド置換が、前記植物に除草剤耐性を付与し、
場合により、前記方法が、除草剤耐性について前記植物をスクリーニングする工程をさらに含む、方法。 A method for producing a herbicide-tolerant plant, preferably a transgene-free herbicide-tolerant plant, which comprises introducing a system for base-editing a herbicide-resistance-related gene into said plant, whereby a guide RNA Targeting a base-editing fusion protein with a target sequence of a herbicide tolerance-related gene in the plant, resulting in one or more nucleotide substitutions in the target sequence, the system comprising: )-(V);
i) a base editing fusion protein and a guide RNA,
ii) an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a base-editing fusion protein and a guide RNA,
iii) a base editing fusion protein, and an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a guide RNA,
iv) an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a base-editing fusion protein, and an expression construct comprising a nucleotide sequence encoding a guide RNA,
v) At least one of the expression constructs containing a nucleotide sequence encoding a base-editing fusion protein and a nucleotide sequence encoding a guide RNA, wherein the base-editing fusion protein is a nuclease inactive CRISPR (nuclease inactive) (Eg Cas9) domain and a deaminase domain, wherein the guide RNA can target the base-editing fusion protein with a target sequence in the herbicide resistance-related gene within the plant genome,
Said one or more nucleotide substitutions confer herbicide tolerance to said plant,
Optionally, the method further comprises screening the plant for herbicide tolerance.
i)除草剤耐性植物を請求項1記載の方法によって作出することと、
ii)結果として生じる除草剤耐性植物における前記除草剤耐性関連遺伝子の配列および/またはコードされた除草剤耐性関連タンパク質の配列を決定し、それにより、前記変異体の配列を同定すること
とを含む、方法。 A method for identifying a mutant of a herbicide tolerance-related protein, wherein the mutant is capable of imparting herbicide resistance to a plant,
i) creating a herbicide tolerant plant by the method of claim 1.
ii) determining the sequence of said herbicide tolerance related gene and/or the sequence of the encoded herbicide tolerance related protein in the resulting herbicide tolerant plant, thereby identifying the sequence of said variant. ,Method.
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|---|---|---|---|---|
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| CN113403289B (en) | 2018-06-04 | 2023-05-23 | 青岛清原种子科学有限公司 | Mutant p-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase, nucleic acid encoding same, and use thereof |
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| CN111139261B (en) * | 2019-02-28 | 2022-05-31 | 山东省农业科学院作物研究所 | Method for reducing polyphenol oxidase content of wheat grains by using gene editing |
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| JP7640527B2 (en) * | 2019-08-12 | 2025-03-05 | ライフエディット セラピューティクス,インコーポレイティド | RNA-guided nucleases and active fragments and variants thereof and methods of use - Patents.com |
| BR112022004586A2 (en) * | 2019-09-12 | 2022-06-14 | Inst Genetics & Developmental Biology Cas | Herbicide resistant plants |
| US11591607B2 (en) * | 2019-10-24 | 2023-02-28 | Pairwise Plants Services, Inc. | Optimized CRISPR-Cas nucleases and base editors and methods of use thereof |
| JP7822931B2 (en) * | 2019-11-07 | 2026-03-03 | チンタオ、キングアグルート、ケミカル、コンパウンド、カンパニー、リミテッド | Methods for generating novel mutations in organisms and their applications |
| CN112813064A (en) * | 2019-11-18 | 2021-05-18 | 安徽省农业科学院水稻研究所 | Method for creating endogenous herbicide-resistant rice with high and stable resistance |
| CN110982818B (en) * | 2019-12-20 | 2022-03-08 | 北京市农林科学院 | Application of nuclear localization signal F4NLS in efficient creation of herbicide-resistant materials in rice |
| CN111423990B (en) * | 2020-04-10 | 2021-08-27 | 科稷达隆(北京)生物技术有限公司 | Oxyfluorfen sensitive saccharomycete and preparation method thereof |
| CN111560396B (en) * | 2020-05-07 | 2022-03-25 | 海南波莲水稻基因科技有限公司 | Plant transgenic screening vector pCALSm1 and application thereof |
| CN115786285B (en) * | 2020-09-23 | 2025-06-24 | 山东舜丰生物科技有限公司 | Herbicide-resistant acetyl-CoA carboxylase mutant and its application |
| AR124409A1 (en) * | 2020-12-17 | 2023-03-22 | Suzhou Qi Biodesign Biotechnology Company Ltd | PLANTS RESISTANT TO HERBICIDES |
| CN114364793B (en) * | 2021-01-15 | 2024-07-23 | 江苏省农业科学院 | HPPD mutant protein with herbicide resistance and its application |
| CN112813094B (en) * | 2021-02-08 | 2023-03-24 | 山东师范大学 | Construction method of wheat resisting dinitroaniline herbicide |
| CN113265401B (en) * | 2021-04-15 | 2022-06-03 | 江苏里下河地区农业科学研究所 | Method for improving resistance of rice to HPPD inhibitor herbicide through gene editing and special sgRNA thereof |
| CN113201557B (en) * | 2021-05-10 | 2023-04-07 | 安徽省农业科学院水稻研究所 | Method for guiding editing system to mediate crops to generate endogenous herbicide resistance |
| KR20230139064A (en) * | 2022-03-25 | 2023-10-05 | 기초과학연구원 | Adenine-to-Guanine Base Editing of Plant Cell Organelle DNA |
| CN115786297A (en) * | 2022-09-30 | 2023-03-14 | 河南省农业科学院 | AhALS2 mutant protein based on gene editing technology and application of gene thereof in peanut breeding |
| CN116103333A (en) * | 2022-10-27 | 2023-05-12 | 南京农业大学 | A method for stochastic multi-target assembly and editing |
| UY40630A (en) | 2023-02-03 | 2024-08-15 | Syngenta Crop Protection Ag | “Plants and parts thereof that have been modified to comprise a BioA or BIO3-BIO1 enzyme (BioDA |
| WO2024206563A2 (en) * | 2023-03-29 | 2024-10-03 | Pioneer Hi-Bred International, Inc. | Acetyl-coa carboxylase inhibitor resistant sorghum |
| AR132458A1 (en) | 2023-04-19 | 2025-07-02 | Syngenta Crop Protection Ag | HERBICIDE-RESISTANT PLANTS |
| WO2025110693A1 (en) * | 2023-11-21 | 2025-05-30 | 주식회사 툴젠 | Corn plant having herbicide resistance trait through base-editing of epsps gene, and method for producing same |
| CN120400209A (en) * | 2024-01-31 | 2025-08-01 | 禾生创源(北京)生物技术有限公司 | A potato breeding method for gene editing of ALS genes |
| WO2026027723A1 (en) | 2024-08-01 | 2026-02-05 | Syngenta Crop Protection Ag | Herbicide resistant plants |
| CN120099218B (en) * | 2025-04-07 | 2025-11-14 | 湖南农业大学 | A method for detecting W2027C mutation in the ACCase gene of *Echinopsis thunbergii* |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6919619B2 (en) | 2003-02-28 | 2005-07-19 | The Regents Of The University Of Michigan | Actively-shielded signal wires |
| EP3581024A1 (en) * | 2005-03-02 | 2019-12-18 | Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria | Herbicide-resistant rice plants, polynucleotides encoding herbicide-resistant acetohydroxyacid synthase large subunit proteins, and methods of use |
| US20110053777A1 (en) * | 2006-06-15 | 2011-03-03 | Oard James H | Resistance to Acetolactate Synthase-Inhibiting Herbicides |
| PL2733212T3 (en) * | 2008-09-26 | 2019-06-28 | Basf Agrochemical Products, B.V. | Herbicide-resistant ahas-mutants and methods of use |
| TW201113376A (en) | 2009-09-01 | 2011-04-16 | Basf Agrochemical Products Bv | Herbicide-tolerant plants |
| PL2545182T4 (en) | 2010-03-08 | 2017-11-30 | Monsanto Technology Llc | Polynucleotide molecules for gene regulation in plants |
| CN107603960A (en) * | 2011-02-01 | 2018-01-19 | 科罗拉多小麦研究基金会公司 | Acetyl-CoA carboxylase herbicide resistant plants |
| CA2855933C (en) * | 2011-11-14 | 2020-08-04 | Basf Se | Methods and compositions for isolating, identifying and characterizing monocot plastidic accase herbicide tolerant mutations using a model system |
| US10501748B2 (en) * | 2013-04-05 | 2019-12-10 | Dow Agrosciences Llc | Methods and compositions for integration of an exogenous sequence within the genome of plants |
| US20160102317A1 (en) * | 2013-04-30 | 2016-04-14 | Basf Se | Plants having increased tolerance to herbicides |
| WO2014186686A2 (en) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | Two Blades Foundation | Targeted mutagenesis and genome engineering in plants using rna-guided cas nucleases |
| AU2014310621A1 (en) * | 2013-08-21 | 2016-02-18 | Bayer Cropscience Lp | ALS inhibitor herbicide tolerant mutant plants |
| MX363842B (en) * | 2013-08-22 | 2019-04-05 | Du Pont | Methods for producing genetic modifications in a plant genome without incorporating a selectable transgene marker, and compositions thereof. |
| SG11201609211VA (en) * | 2014-03-05 | 2016-12-29 | Nat Univ Corp Univ Kobe | Genomic sequence modification method for specifically converting nucleic acid bases of targeted dna sequence, and molecular complex for use in same |
| DK3132034T3 (en) * | 2014-04-14 | 2020-10-19 | Nemesis Bioscience Ltd | Therapeutics |
| EP3334832A4 (en) | 2015-08-14 | 2019-06-26 | Institute Of Genetics And Developmental Biology, Chinese Academy Of Sciences | METHOD FOR OBTAINING GLYPHOSATE-RESISTANT RICE BY DIRECTED NUCLEOTIDE SUBSTITUTION |
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